Vom blinden Fleck zum Datenschatz

„Perkolatsammler schließen eine Beobachtungslücke in der Grundwasserforschung“

Dicke Aerationszonen unter topografischen Erhebungen, die weder als „vados“ (lat. vadosus = flach) noch als „wasserungesättigt“ („ungesättigte Zone“) charakterisiert werden sollten, spielen eine entscheidende, aber bisher kaum verstandene Rolle für die Grundwasserqualität und unterirdische Ökosysteme. Zwischen Böden, die leicht über Schürfe oder Sickerwassersammler zugänglich sind und dem Grundwasserraum, der über Quellen und Grundwassermessstellen (bzw. Brunnen) beprobbar ist, klafft ein gravierende Beobachtungslücke: Regolith und verwittertes Festgestein mit ihren hochdiversen Lebens- und Reaktionsräumen fehlen in wissenschaftlichen Daten und Konzepten.

Mit unseren neu entwickelten Perkolatsammlern („Drainage Collectors“) sowie Grundwassermessstellen, die schwebende Grundwasserkörper (als Teil der Aerationszone) im Hainich Critical Zone Exploratory aufschließen, konnten wir diese Beobachtungslücke in der Forschung zu unterirdischem Wasser schließen.

„In der Aerationszone wird aus Sickerwasser Grundwasser“

Im verwitterten Festgestein traten etwa 65 % der jährlichen Sickerwassermenge im Winter auf. Extreme Regen- und Schneeschmelzereignisse – abhängig von den vorherigen Feuchtebedingungen – trugen mit 58 % zur Jahresmenge bei, u. a. gesteuert durch Bodenmächtigkeit, Jahreszeit, Hangneigung und Klufteigenschaften. Die Qualität des Perkolats der Aerationszone zeigt eine starke saisonale Variabilität und unterscheidet sich deutlich vom Sickerwasser im Oberboden. Die hydrochemische Signatur des Grundwassers wird bereits in den ersten Metern des verwitterten Gesteins mächtiger Aerationszonen vorgeprägt, die durch stark variable Verweilzeiten gekennzeichnet sind – von wenigen Stunden (z. B. schneller Fluss durch Klüfte) bis vermutlich zu mehreren Jahren (z. B. stagnierendes Wasser Gesteinsmatrices).

Unsere Analyse multipler Einflussfaktoren deutet auf den Einfluss von deterministischem Chaos auf die Sickerwasserbeschaffenheit und Dynamik des mobilen Gesamtinventars hin. Winterliche Fließereignisse dominieren den Transport von organischem Kohlenstoff, Mineralpartikeln, mineralisch-organischen Aggregaten bis zu 160 µm und von Biopartikeln, wie bspw. Bakterien.