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Grundwasserführende Gesteinsformationen, sogenannte Aquifere, werden in der Regel durch Niederschläge, die durch den Boden sickern, wieder aufgefüllt. Während ihres Transports durch den Boden werden an der Oberfläche aufgenommene Stoffe durch Haftung an Bodenminerale aus dem Wasser entfernt oder von Bodenmikroben verstoffwechselt. Dieser natürliche Filtrationsprozess führt zu hochreinen Grundwasserressourcen. Regen kann jedoch manchmal schnell in tiefere Bodenschichten fliessen. Dadurch umgeht das Wasser die Filtrierung, sodass grosse Mengen gelöster Stoffe von der Oberfläche und den oberen Bodenschichten in das Grundwasser transportiert werden.
Dies gilt insbesondere nach extremen Regenfällen und nach starker Trockenheit. Längere Dürreperioden führen zu grossen Rissen im Boden und sie verringern auch die Aufnahme von Regenwasser in den oberen Bodenschichten. Unter solchen Bedingungen fliesst das Wasser direkter ins Grundwasser oder läuft alternativ in Flüsse, Seen und Ozeane ab. Der Grundwasserspiegel wird dann nicht ausreichend aufgefüllt. Ausserdem wird das Wasser mit unerwünschten und potenziell schädlichen Substanzen von der Oberfläche und den oberen Bodenschichten verunreinigt. Dazu gehören z. B. organische Stoffe, Herbizide und Pestizide, mikrobielle Produkte wie Antibiotika sowie andere Fremdstoffe.
In einem neuartigen experimentellen Ansatz führten Simon A. Schroeter und Gerd Gleixner vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie zusammen mit einem Forschungsteam Langzeitanalysen des Grundwassers in Deutschland durch. Sie nutzten die Anwesenheit von gelöstem organischem Material als Indikator für Wasserverschmutzungen und bestätigten so grundlegende Veränderungen der Grundwasserstabilität. «Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass durch den Klimawandel verursachte extreme Wetterereignisse bereits jetzt die Qualität des Grundwasser und die Art seiner Neubildung verändern», sagt der Erstautor der Studie, Simon Schroeter.
Das Forschungsteam untersuchte zwischen 2014 und 2021 das Grundwasser und die entsprechenden hydroklimatischen Bedingungen an drei geologisch unterschiedlichen Standorten in Deutschland. Sie analysierten die Wasserqualität, indem sie tausende einzelner Moleküle auf ihrem Weg vom Boden ins Grundwasser verfolgten. Im Gegensatz zu Standardmethoden, d. h. der Messung der Gesamtkonzentration von gelöstem organischem Kohlenstoff, sollen ihnen ihr neu entwickelter, ungerichteter Ansatz, Veränderungen in der Menge und chemischen Zusammensetzung unzähliger organischer Moleküle zu erkennen ermöglicht haben.
Laut den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern konnten innerhalb des achtjährigen Analysezeitraums übereinstimmende langfristige Trends identifiziert werden: Zunehmende Mengen an organischen Substanzen, die von der Oberfläche stammen und sich im Grundwasser ansammeln, sowie sinkende Grundwasserspiegel. Darüber hinaus konnten sie eine eindeutige Korrelation zwischen der zunehmenden Grundwasserverschmutzung und extremen Wetterereignissen, insbesondere der Dürre im Jahr 2018, feststellen.
Ihre Ergebnisse sollen zeigen, dass die neue Methode Veränderungen der Grundwasserqualität wesentlich empfindlicher erkennt als die üblicherweise angewandte Kohlenstoffmessung. Sie könne daher in Zukunft als Frühindikator für eine Verschlechterung der Grundwasserqualität dienen, bevor Grenzwerte überschritten werden. Während die Methode auf organischen Molekülen als Indikatoren für die Wasserverschmutzung beruht, können die tatsächlichen Verunreinigungen alle Schadstoffe umfassen, die von der Oberfläche ausgewaschen werden.
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