Grundwassersysteme

Natürliche Grundwassersysteme stellen die wichtigste Trinkwasserressource dar. Eine nachhaltige Nutzung dieser Süßwasserressource erfordert eine gute Kenntnis von Strukturen und Zuständen des Untergrundes. Geophysikalische Methoden erlauben zerstörungsfreien Aufschluss von der Erdoberfläche aus.

In der Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung der UNO ist erstmals ein umfassendes Wasserziel auf globaler Ebene beschlossen worden. Insbesondere das dem Ziel untergeordnete Handlungsfeld „nachhaltige Entnahme und Bereitstellung von Süßwasser gewährleisten“ erfordert ein vertieftes Verständnis der Strukturen und wirksamen Prozesse, die in Grundwassersystemen ablaufen. Natürliche Grundwassersysteme stellen die wichtigste Trinkwasserressource dar. Zwecks ihrer nachhaltigen Nutzung besteht erheblicher Forschungsbedarf in der Kenntnis der Grundwasserspeicher und der Schutzfunktion ihrer Deckschichten. Die notwendige Verknüpfung von Erkenntnissen aus Geophysik, Hydrologie, Geologie und Geochemie stellt eine Herausforderung dar, die die Wissenschaft erst ansatzweise angenommen hat. Dies gilt für die im Gelände und im Labor eingesetzte Messtechnik mit Beobachtungen und Messergebnissen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen, aber auch für die Modellierung von gekoppelten Vorgängen, die nur mithilfe numerischer Simulationen gelingt. Moderne Technologien, die am LIAG bereitstehen, vor diesem Hintergrund optimal zu nutzen, um zunehmend aussagekräftigere Modelle zu erstellen, ist eine wissenschaftlich anspruchsvolle und lohnende Aufgabe. Die Arbeiten des Instituts zielen u.a. darauf ab, Grundwasserversorgern exemplarisch Untersuchungsmethoden für eine nachhaltige Bewirtschaftung und den Schutz bzw. für eine mittel- und langfristige Prognose zum Verhalten solcher Trinkwasserressourcen zur Verfügung zu stellen.

Das Institut fokussiert sich mit seiner Forschung auf zwei Themenfelder:

Kritische Zone - Struktur, Parameter, Prozesse

Die kritische Zone bezeichnet den dynamischen Bereich des Zusammenwirkens von Atmosphäre, Hydrosphäre, Biosphäre und oberster Lithosphäre und reicht von den Baumwipfeln bis zur Basis der Grundwasserleiter. Die aktuellen Veränderungen von Klima und Umweltbedingungen erinnern uns an die komplexen Zusammenhänge, die einen breiten Ansatz und eine umfassende Betrachtungsweise der natürlichen Systeme erfordern. Mit kritischer Zone wird bewusst ein weit gefasster Zielbereich gewählt, wohl wissend, dass das LIAG nur einzelne Aspekte bearbeitet. So liefern die nicht-invasiven geophysikalischen Methoden des Instituts wichtige Beiträge zur räumlichen Struktur, zu hydraulischen Untergrundparametern und durch darauf aufbauende Modelle und Simulationen auch zum Verständnis der hier ablaufenden Prozesse. Ein wichtiges Puzzlestück stellt dabei die zeitlich und räumlich hoch variable vadose Zone zwischen Grundwasserleiter und der Erdoberfläche dar. Den hier ablaufenden Transportprozessen kommt eine große Bedeutung für den Eintrag von Nähr- und Schadstoffen ins Grundwasser und den Austausch mit der Atmosphäre zu.

Salz-/Süßwassersysteme

Süßwasser brauchen wir zum Leben. Grundwasserversalzung gefährdet unser wichtigstes Lebensmittel. Die Hauptursachen der natürlichen Grundwasserversalzung sind Salzwasserintrusionen im Küstenbereich, Salzstöcke und erhöhte Grundwassermineralisationen z.B. in ariden Gebieten. Ziele geophysikalischer Erkundungen sind beispielsweise Salz-/Süßwasserabgrenzungen im Küsten- und Inselbereich, Süßwasseraustritte ins Meer, Salzwasserüberschichtungen, Dynamik der Salz-/Süßwassergrenze, Salzwasseraufstiegszonen, Grundwasserversalzung etc. Am LIAG wird die räumliche und langzeitliche Erfassung dynamischer Prozesse in diesen Bereichen ausgebaut, um unmittelbar negative Entwicklungen in Grundwassersystemen in-situ abbilden zu können.

Aktuelle Projekte

  • TOPSOIL
    Top soil and water –  The climate challenge in the near subsurface
  • COMET
    Coupled Magnetic Resonance and Electrical Resistivity Tomography
  • go-CAM
    Implementierung strategischer Entwicklungsziele im Küstenzonenmanagement

Aktuelle Publikationen

  • Airborne and ground geophysical mapping of coastal clays in Eastern Friesland, Germany. - Geophysics, 80, WB21-WB34.
    2015, SIEMON, B., COSTABEL, S., VOß, W., MEYER, U., DEUS, N., ELBRACHT, J., GÜNTHER, T. & WIEDERHOLD, H.
  • Cost-efficient imaging and monitoring of saltwater in a shallow aquifer by using long electrode ERT. - Journal of Applied Geophysics, 122, 202-209.
    2015, RONCZKA, M., VOSS, T. & GÜNTHER, T.
  • Geophysical investigation of a freshwater lens on the island of Langeoog, Germany – Insights from combined HEM, TEM and MRS data. - Journal of Applied Geophysics, 136: 231-245.
    2017, COSTABEL, S., SIEMON, B., HOUBEN, G. & GÜNTHER, T.

Koordination

Dr. Helga Wiederhold
+49 511 643-3520