Grundwasserleiter unterirdische Süßwasserspeicher

Grundwasserleiter sind unterirdische Gesteinsschichten, die mit Wasser gesättigt sind und durch natürliche Quellen oder durch Pumpen an die Oberfläche gebracht werden können.

Das in Grundwasserleitern enthaltene Grundwasser ist eine der wichtigsten Wasserquellen der Erde: Laut der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) sind etwa 30 Prozent unseres flüssigen Süßwassers Grundwasser. Der Rest befindet sich an der Oberfläche in Bächen, Seen, Flüssen und Feuchtgebieten. Der größte Teil des Süßwassers der Welt - etwa 69 Prozent - ist in Gletschern und Eiskappen eingeschlossen. Auf der Website des US Geological Survey finden Sie eine Karte wichtiger Grundwasserleiter in den angrenzenden USA.

Grundwasser kann in einer Reihe verschiedener Gesteinsarten gefunden werden, aber die produktivsten Grundwasserleiter befinden sich in porösem, durchlässigem Gestein wie Sandstein oder in den offenen Hohlräumen und Höhlen von Kalksteingrundwasserleitern. Das Grundwasser bewegt sich leichter durch diese Materialien, was ein schnelleres Pumpen und andere Methoden zur Wasserentnahme ermöglicht. Grundwasserleiter können auch in Regionen gefunden werden, in denen das Gestein aus dichterem Material besteht - wie Granit oder Basalt -, wenn dieses Gestein Risse und Brüche aufweist.

"Grundwasserleiter gibt es in vielen Formen und Größen, aber sie sind wirklich ein geschlossenes unterirdisches Wasserlager", sagte Steven Phillips, Hydrologe beim US Geological Survey (USGS) in Sacramento, Kalifornien.

Dichtes, undurchlässiges Material wie Ton oder Schiefer kann als "Aquitard" wirken, d. H. Als Gesteinsschicht oder anderes Material, das für Wasser nahezu undurchdringlich ist. Durch Grundwasser kann sich durch solches Material bewegen, dies geschieht sehr langsam (wenn überhaupt). Fehler oder Berge können ebenso die Bewegung des frischen Grundwassers blockieren wie der Ozean, sagte Phillips.

Ein Aquitard kann Grundwasser in einem Grundwasserleiter auffangen und einen artesischen Brunnen schaffen. Wenn das Grundwasser unter einem Aquitard von einem höher gelegenen in ein niedrigeres Gebiet fließt, z. B. von einem Berghang in einen Talboden, kann der Druck auf das Grundwasser ausreichen, um das Wasser aus einem Brunnen zu drücken, der in diesen Grundwasserleiter gebohrt wurde. Solche Brunnen sind als artesische Brunnen bekannt, und die Grundwasserleiter, die sie erschließen, werden als artesische Grundwasserleiter oder begrenzte Grundwasserleiter bezeichnet.

Wie sich das Grundwasser bewegt

Wenn neues Oberflächenwasser in einen Grundwasserleiter gelangt, "lädt" es die Grundwasserversorgung auf. Die Wiederaufladung erfolgt hauptsächlich in der Nähe von Bergen, und das Grundwasser fließt normalerweise durch die Schwerkraft von Berghängen zu Bächen und Flüssen nach unten, sagte Phillips. Abhängig von der Dichte des Gesteins und des Bodens, durch die sich das Grundwasser bewegt, kann es laut Environment Canada in einem Jahrhundert nur wenige Zentimeter langsam kriechen. In anderen Gebieten, in denen Fels und Boden lockerer und durchlässiger sind, kann sich das Grundwasser an einem Tag mehrere Fuß bewegen.

Das Wasser in einem Grundwasserleiter kann viele Jahrhunderte lang unter der Erdoberfläche gehalten werden: Hydrologen schätzen, dass das Wasser in einigen Grundwasserleitern mehr als 10.000 Jahre alt ist (was bedeutet, dass es ungefähr 6.000 Jahre vor der Großen Pyramide Ägyptens als Regen oder Schnee auf die Erdoberfläche fiel von Gizeh wurde gebaut). Das älteste jemals gefundene Grundwasser wurde 2,4 km tief in einer kanadischen Mine entdeckt und dort vor 1,5 bis 2,64 Milliarden Jahren eingeschlossen.

Aber je tiefer man nach Wasser gräbt, desto salziger wird die Flüssigkeit, sagte Phillips. "Grundwasser kann sehr, sehr tief sein, aber irgendwann ist es eine Sole", sagte er. "Für Süßwasser sind die Tiefen sehr begrenzt."

Ein Großteil des Trinkwassers, von dem die Gesellschaft abhängt, ist in flachen Grundwasserleitern enthalten. Zum Beispiel liefert der Ogallala Aquifer - ein riesiges Grundwasserreservoir mit einer Fläche von 450.000 Quadratkilometern - fast ein Drittel des landwirtschaftlichen Grundwassers in Amerika, und mehr als 1,8 Millionen Menschen verlassen sich auf den Ogallala Aquifer als Trinkwasser. 

Ebenso bezieht Texas fast 60 Prozent seines Wassers aus dem Grundwasser; In Florida liefert das Grundwasser mehr als 90 Prozent des Süßwassers des Staates. Diese wichtigen Süßwasserquellen sind jedoch zunehmend gefährdet.

Bedrohung für Grundwasserleiter

Bis 2010 waren laut einer Studie der Kansas State University aus dem Jahr 2013 etwa 30 Prozent des Grundwassers des Ogallala Aquifer erschlossen. Einige Teile des Ogallala Aquifer sind jetzt trocken, und der Grundwasserspiegel ist in anderen Gebieten um mehr als 300 Fuß gesunken. Mehr als zwei Drittel dieses Grundwassers des Ogalalla-Grundwasserleiters könnten in den nächsten Jahrzehnten entwässert werden, so die Studie.

"Der Wasserstand ist gerade gesunken, gesunken, gesunken", sagte Phillip. "Ein Großteil dieses Systems wurde vor 10.000 Jahren in der letzten Eiszeit aufgeladen, und jetzt bauen wir das Wasser ab. Wir nehmen altes Wasser heraus, das nicht wieder aufgefüllt wird."

Das gleiche Problem tritt weltweit zunehmend auf, insbesondere in Gebieten, in denen eine schnell wachsende Bevölkerung eine begrenzte Nachfrage nach begrenzten Grundwasserressourcen stellt. Das Pumpen kann an diesen Stellen die Fähigkeit des Grundwasserleiters zur Wiederauffüllung seiner Grundwasserversorgung übersteigen.

Wenn das Pumpen des Grundwassers zu einer Absenkung des Grundwasserspiegels führt, kann der Grundwasserspiegel so tief abfallen, dass er unter der Tiefe eines Brunnens liegt. In diesen Fällen "läuft der Brunnen trocken" und es kann kein Wasser entfernt werden, bis das Grundwasser wieder aufgeladen ist - was in einigen Fällen Hunderte oder Tausende von Jahren dauern kann.

Wenn der Boden aufgrund von Grundwasserpumpen sinkt, spricht man von Senkung. Im südlichen San Joaquin Valley in Kalifornien, wo Landwirte zur Bewässerung auf Brunnen angewiesen sind, hat sich die Landoberfläche zwischen den 1920er und 1970er Jahren nach Angaben der NASA, die Satellitendaten zur Verfolgung der Senkung verwendet, auf 8,5 m niedergelassen.

"Landabsenkungen sind eine Bedrohung für Grundwasserleiter und auch für die Infrastruktur an der Oberfläche", sagte Phillips.

Zusätzlich zum Grundwasserspiegel kann die Wasserqualität in einem Grundwasserleiter durch das Eindringen von Salzwasser (ein besonderes Problem in Küstengebieten), biologische Verunreinigungen wie Gülle oder Klärgruben sowie Industriechemikalien wie Pestizide oder Erdölprodukte gefährdet werden. Und sobald ein Grundwasserleiter kontaminiert ist, ist es notorisch schwierig, ihn zu sanieren.

Zusätzliche Ressourcen:

• Der US-Wassermonitor ist ein täglicher "Wassergesundheitsbericht", der die Wasserinformationen des Bundes zusammenfasst.
• Das USGS liefert Informationen zur Wasserqualität in US-Grundwasserleitern.
• Die interaktive Karte des USGS National Water Information System mit landesweiten Wasserdaten.

Dieser Artikel wurde am 17. Oktober 2018 von Associate Editor Tia Ghose aktualisiert.