Uni-Bayreuth

Sprungmarken

 

Einfluss der Klimaerwärmung auf Grundwassertemperaturen in oberflächennahen Aquiferen

Kathrin Menberg1, Philipp Blum1, Peter Bayer2
1 Institut für Angewandte Geowissenschaften, Karlsruher Institut für Technologie
2 Departement Erdwissenschaften, ETH Zürich

P 3.4 in Von der Atmosphäre zum Grundwasser - die Hydrologie der vadosen Zone

 

 

Die Folgen der Klimaveränderungen in den letzten Jahrzehnten und die diversen Einflüsse auf den hydrologischen Kreislauf sind weitreichend bekannt. Wissenschaftliche Arbeiten beschäftigen sich vor allem mit Konsequenzen für hydrologische Prozesse an der Oberfläche (Bates et al., 2008). Vergleichbare Studien über Grundwassersysteme sind seltener, und die Auswirkungen des Klimawandels auf die Qualität des Grundwassers sind noch nicht vollständig verstanden (Green et al., 2011). Beispielsweise ist noch unklar, wie stark sich die Erwärmung der Lufttemperatur über die ungesättigte Zone auf die langzeitliche Entwicklung der Grundwassertemperatur, als wichtiger Faktor für die Wasserqualität, in oberflächennahen Aquiferen auswirkt.

 

In der vorliegenden Studie wird die Kopplung zwischen der Erwärmung der Atmosphäre und des Grundwassers mit Hilfe von statistischen Zeitreihenanalysen untersucht. Dazu werden Temperatur-Zeitreihen von mehreren Jahrzehnten in Pumpbrunnen an zwei Standorten in Deutschland auf abrupte Änderungen der langjährigen Durchschnittstemperatur hin ausgewertet. Um diese lokalen Veränderungen mit der überregionalen Klimaerwärmung in Bezug zu setzen, werden zusätzlich auch Zeitreihen von großräumig und global gemittelten Lufttemperaturen betrachtet.

Die beobachteten abrupten Anstiege der Grundwassertemperatur um die Jahre 1990 und 2000 stehen in einem eindeutigen Zusammenhang mit 1-3 Jahre vorausgehenden Änderungen im langjährigen Mittel der regionalen Lufttemperatur, die wiederum an Veränderungen der globalen Durchschnittstemperatur gekoppelt sind. Die Anstiege der Grundwassertemperatur finden mit einer zeitlichen Verzögerung zu den Änderungen der Lufttemperatur statt, die von der Mächtigkeit der ungesättigten Zone abhängt. Der Höhe der beobachteten Temperatursprünge im Grundwasser ist, verglichen mit den atmosphärischen Veränderungen, durch die thermische Ausbreitung der Temperatursignale im Untergrund etwas geringer, sodass die Erwärmung im Grundwasser vergleichsweise graduell verläuft. Dennoch finden sich, trotz der Abschwächung der Temperatursignale durch konduktiven und advektiven Wärmetransport im Untergrund, sowie der Durchmischung des oberflächennahen Grundwassers, ausgeprägte Verschiebungen des langjährigen Mittels hin zu wärmeren Grundwassertemperaturen. Diese unmittelbare Verknüpfung der Entwicklung von Luft- und Grundwassertemperaturen über die ungesättigte Zone zeigt, dass durch die Klimaerwärmung nicht nur Aquifere beeinflusst werden, die durch Uferfiltrat gespeist werden (Figura et al., 2011). Atmosphärische Temperaturänderungen und -sprünge lassen sich ebenso in oberflächennahen Aquiferen nachweisen, wenn diese nicht in direktem Austausch mit infliltrierenden Oberflächengewässern stehen. Somit kann davon ausgegangen werden, dass ein weiterer Anstieg der Lufttemperatur einen erheblichen Einfluss, nicht nur auf die Bodentemperatur, sondern auch auf die Wassertemperatur in ergiebigen und wirtschaftlich bedeutsamen Aquiferen hat.

 



 

Bates, B., Kundzewicz, Z. W., Wu S., & Palutikof, J. P. (2008): Climate Change and Water. 210 pp, Intergovernmental Panel on Climate Change Secretariat, Geneva.

 

Figura, S., Livingstone, D. M., Hoehn E., & Kipfer R. (2011): Regime shift in groundwater temperature triggered by the Arctic Oscillation. − Geophysical Research Letters, 38: L23401.

 

Green, T. R., Taniguchi, M., Kooi, H., Gurdak, J. J., Allen, D. M., Hiscock, K. M., Treidel, H., & Aureli, A. (2011): Beneath the surface of global change: Impacts of climate change on groundwater. − Journal of Hydrology, 405: 532-560.

 

Letzte Änderung 04.04.2014