Verbessertes Verständnis des Fließgeschehens im Briloner Karstgrundwasserleiter durch hydrochemische und mikrobiologische Untersuchungen

Die hydrogeologischen Besonderheiten von Karstregionen stellen die Trinkwassergewinnung und den Schutz des Grundwassers vor erhebliche Herausforderungen. Das trifft auch auf das Karstgebiet der Briloner Hochfläche (Hochsauerlandkreis, Nordrhein-Westfalen) zu. Das Gebiet wird durch einen intensiv verkarsteten devonischen Massenkalk mit Mächtigkeiten bis 1000 m aufgebaut. Neben der Trinkwassergewinnung dient der hochreine Massenkalk auch als Rohstoffquelle und wird in zahlreichen Steinbrüchen abgebaut. Entlang von Querstörungen sind mächtige Kalzitgänge ausgebildet, die stellenweise mit Blei- und Zinkerzen angereichert sind. Voraussetzung für eine langfristig nachhaltige wasserwirtschaftliche Nutzung ist ein verbessertes Verständnis der hydrogeologischen Eigenschaften des Karstaquifers. Für diese Studie wurden hydrochemische Parameter der Grund- und Oberflächenwässer an 25 Beprobungsstellen in sechs Probennahme-Kampagnen erhoben. Der Untersuchungszeitraum erstreckt sich von September 2020 bis Juli 2021 und deckt nahezu ein ganzes hydrologisches Jahr ab. Während der Beprobungen Nr. 3-5 wurden zusätzliche Proben für DNA-Analysen mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung des 16S rRNA Gens genommen. Neben Karstquellen und Tiefbrunnen wurden auch Oberflächengewässer, welche über Bachschwinden in das Grundwasser gelangen, untersucht.

Oberflächengewässer und Karstgrundwässer lassen sich hydrochemisch klar unterscheiden. Während die Oberflächengewässer einen typischen jahreszeitlichen Verlauf aufweisen, zeigen die Karstquellen kaum saisonale Unterschiede. Im Gegensatz dazu ist das Karstgrundwasser durch große räumliche Unterschiede charakterisiert, die elektrischen Leitfähigkeiten reichen von 471 bis 999 µS/cm. Maßgeblich dafür sind unterschiedliche Natriumchlorid-Konzentrationen, sie variieren um den Faktor 6. Es wird gezeigt, dass das Chlorid aus tieferen Bereichen des Aquifers stammt. Neben hohen Chloridgehalten ist das Tiefenwasser durch eine geringere Sauerstoffsättigung, höhere Gehalte an Lithium sowie eine höhere Temperatur gekennzeichnet. Erhöhte Konzentrationen von Blei und Zink korrelieren nicht mit dem Tiefenwasser, sondern sind an den Verlauf von erzführenden Störungen gebunden. Ein unterirdischer Übertritt von Karstgrundwasser in einen im angrenzenden Tonschiefer verlaufenden Vorfluter kann nachgewiesen werden. Das Abwasser der Stadt Brilon weist eine positive Gadolinium-Anomalie auf und gelangt zeitweise in das Grundwasser. Durch die große Verdünnung im Aquifer lassen sich an den Karstquellen keine erhöhten Gadolinium-Konzentrationen feststellen.

Die Ergebnisse liefern eine verfeinerte Vorstellung über das Fließgeschehen und dienen als Grundlage für eine weitere Erforschung des komplexen Briloner Karstgrundwasserleiters.