Die großen Grundwasservorkommen der Erde - ihre Nutzung und Gefährdung

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1. Einleitung
1. 1. Historischer Rückblick
1.2. Definition des Begriffes „ Grundwasser“
1.3. Bedeutung des Grundwassers

2. Faktoren des Grundwasservorkommens
2.1. Grundwasserneubildung
2.2. Grundwasserabfluss
2.3. Struktur des Untergrundes

3. Grundwasservorkommen der Erde
3.1. Grundwasservorkommen in Südamerika
3.2. Nicht-erneuerbares Grundwasservorkommen
3.2.1. Fallbeispiel Afrika
3.3. Thermale Grundwasservorkommen
3.4. Grundwasservorkommen in Europa
3.4.1. Fallbeispiel Karstgebiete Italien

4. Gefährdung der Grundwasservorkommen

5. Nutzen der Grundwasservorkommen

6. Zusammenfassung

7. Literatur

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: L. da Vinci’s Konzept des Kreislaufes 1452-1519

Abbildung 2: Die Hauptmasse des Frischwassers

Abbildung 3: Wichtige Einflussfaktoren auf den Abfluss

Abbildung 4: Porengrundwasserleiter

Abbildung 5: Kluftgrundwasserleiter

Abbildung 6: Karstgrundwasserleiter

Abbildung 7: Die Grundwasservorkommen der Erde

Abbildung 8: Die größten Grundwasserbecken der Erde

Abbildung 9: Average annual rainfall distribution

Abbildung 10: Grundwasserabfluss

Abbildung 11: Die Böden in Südamerika

Abbildung 12: Aquifere in Südamerika

Abbildung 13: Das Nubische Aquifersystem

Abbildung 14: Präkambrische Konsolidierung Nordafrikas

Abbildung 15: Thermalquellen

Abbildung 16: Mosaik der publizierten Kartenblätter des Kartenwerks IHKE

Abbildung 17: Karbonat-Karstgebiete in Europa

Abbildung 18: Karstgrundwasservorkommen in Italien

Abbildung 19: Stoffströme im hydrologischen Kreislauf

Abbildung 20:Grundwasserentnahme der Landwirtschaft 1995

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Die Wasservorräte der Erde

Tabelle 2: Globale Bestandsaufnahme der fossilen Wasservorräte

Tabelle 3: Die Grundwasserförderung

1. Einleitung

Diese Hausarbeit hat das Grundwasser zum Thema und soll dessen Vorkommen, Nutzung und Gefährdung aufzeigen. Am Anfang wird kurz auf das Grundwasser im Allgemeinen eingegangen. Es wird geklärt, wie das Verständnis der Menschen über das Grundwasser sich im Laufe der Zeit veränderte, und welche Bedeutung es heute für die Menschheit hat. Im zweiten Teil der Arbeit wird versucht die wichtigen Einflussfaktoren auf den Grundwasservorkommen heraus zu stellen und sie zu erläutern. Weiterhin folgen einige Fallbeispiele für die größten und interessantesten Grundwasservorkommen der Erde und zum Schluss noch einige allgemeine Aspekte zur Nutzung und Gefährdung der Grundwasservorkommen der Erde.

1. 1. Historischer Rückblick

Bis in 17. Jahrhundert hinein galt eine Theorie der Griechen, wonach das Grundwasser aus dem Meer durch die Kanäle unter Bergen hindurch in das Land ströme. Sie meinten die Erde sei undurchlässig, als dass dort Regenwasser versickert und das Grundwasser ergänzen könne. Die Römer glaubten in Anlehnung an antike Theorien, die Erde nehme wie ein riesiges Tier das Meerwasser auf, verdaue es und speie es als Süßwasser über Quellen und Flüsse wieder aus^[1]. Der erste Mensch, der die richtige Vorstellung von der Wasserzirkulation hatte, war vielleicht Marcus Virtuvius (ca.15 v.Chr.). Er beobachtete, dass Wasser von schmelzendem Schnee in Bergregionen in den Untergrund sickerte und in niedriger gelegenen Gebieten wieder als Quelle erschien. Ein Beispiel für diese Tatsache lieferte Leonardo da Vinci in seinem Konzept des hydrologischen Kreislaufes (Vgl. Abb. 1)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Hölting 1992, S. 6 Abb. 1: L. da Vinci’s Konzept des Kreislaufes 1452-1519

Da Vinci meinte, dass die Flüsse an den Bergspitzen entspringen, danach bringen sie das Wasser zum Meer. Meerwasser verdunstet, aber Salz bleibt zurück, restliches Wasser des Meeres wird durch unterirdische Kanäle zu den Bergspitzen transportiert und der Salz geht bei diesem Vorgang verloren^[2]. So war der Ursprung des Grundwassers bis ins späte Mittelalter hinein nicht schlüssig erklärt werden konnte. Das widerspricht allerdings die vielfältigen, bewussten Nutzungen des Grundwassers. Die technische Nutzung hatte erstaunliche Höhepunkte erreicht. Zuerst schöpfte der Mensch das Grundwasser aus Quellen, entwickelte aber bald auch die technischen Geräte zu ihrer Bestimmung und Erschließung. Während des 18. und 19. Jahrhundert wurden erste wesentlichen geologischen Erkenntnissen gewonnen und damit Voraussetzung zum Verständnis von Grundwasserbewegung geschaffen. Erst seit etwa 1950 begann vor allem mit der Entwicklung elektronischer Geräte die theoretische Untersuchung des Grundwasservorkommens. Durch elektronische Modelle können heute großräumig Grundwasservorkommen untersucht und prognostiziert werden^[3].

1.2. Definition des Begriffes „ Grundwasser“

Nach der DIN 4049 (Deutsches Institut für Normung e. V., gegründet 1917) wird das Grundwasser als „Unterirdisches Wasser, das die Hohlräume der Erdrinde zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegung ausschließlich oder nahezu ausschließlich von der Schwerkraft und den durch die Bewegung selbst ausgelösten Reibungskräften bestimmt wird.“^[4] definiert. Diese Definition des Grundwassers gilt für die BRD und stimmt auch mit der Definition des Rates der Europäische Union in der „Richtlinie über den Schutz des Grundwassers gegen Verschmutzung durch bestimmte gefährliche Stoffe“ überein.

1.3. Bedeutung des Grundwassers

Das gesamte Wasservorkommen der Erde wird auf 1, 386 Mrd.km3 geschätzt. Als Lagerstätten sind aufgeschlüsselt: die Weltmeere, die Eis- und Schneemassen, die unterirdischen Vorkommen als Grundwasser, die oberirdischen Vorkommen in den Oberflächengewässern, die Bodenfeuchte, das Wasser in der Atmosphäre und das Wasser in den Organismen.^[5]

Tabelle 1: Die Wasservorräte der Erde Quell;: Baumgartner 1996, S. 88

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Hauptmasse des Frischwassers befindet sich in gefrorenem Zustand. Es ist in den Eisschilden der Antarktis und der Arktis, im Meereis, in den Gletschern der Gebirge, in Permafrostböden gebunden^[6]. 30.1 % des Süßwassers ist im Grundwasser zu finden. (vgl. Abb. 2)

Abb. 2: Die Hauptmasse des Frischwassers

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Institut fur Tropentechnologie

Die Schätzung des unterirdischen Wassers in der Lithospäre ist sehr unsicher. Die Wasserreserven in der Erdkruste bis zu 2000 m Tiefe werden auf 23,4 Mio. km3 geschätzt. Auf der obere, 100 m tiefe Schicht der Landflächen, deren mittlere Höhe 875 m über NN ist, die aktiv in den Wasserkreislauf einbezogen ist, entfallen 15% und auf die 775m dicke Schicht von 100m unter der mittleren Höhe der Kontinente bis zum Meeresniveau 45% des gesamten Grundwassers. Das Grundwasser ist ein sehr stabiler Faktor im Wasserhaushalt der Erde. Die mittlere Verweildauer des Grundwassers beträgt etwa 1400 Jahre^[7]. Grundwasser stellt, wie schon erwähnt, ca. 31 % der gesamten Wasservorräte der Erde da. Ihm gebührt daher große Bedeutung, denn es trägt in weiten Gebieten die Hauptlast der Wasserversorgung. Es dient als Beregnungs- Brauch und vor allem als Trinkwasser. In Deutschland wird 75% der Wasserversorgung durch das Grundwasser gesichert. Die Beschaffenheit des Grundwassers ist nicht so großen Schwankungen wie oberirdische Gewässer unterworfen und stellt durch seine hohe Qualität den wertvollsten Teil der Wasserressourcen dar.

2. Faktoren des Grundwasservorkommens

Grundwasser kommt aber nicht überall und nicht gleichmäßig vor. Unter Grundwasservorkommen verstehen Jordan & Weder Teil der unterirdischen Hydrosphäre, das in Bereichen der Lithospäre unter günstigen Akkumulationsbedingungen entsteht. Erreicht die Akkumulation eine Grundwasserkonzentration, die gegenwärtig oder in absehbare Zukunft genutzt werden kann, so wird das Grundwasservorkommen zum Grundwasservorrat^[8].Das Grundwasservorkommen wird durch 3 wesentlichen Faktoren bedingt: die Grundwasserneubildung, der Grundwasserabfluss und die Struktur des Untergrundes.^[9] Im Folgenden wird auf diese Faktoren des Grundwasservorkommens eingegangen.

2.1. Grundwasserneubildung

Für die Neubildung des Grundwassers gibt es, laut B. Hölting, drei klassischen Theorien. Infiltrationstheorie besagt, dass das Grundwasser aus dem versickernden Anteil des Niederschlags stammt. Dieser Art der Neubildung kommt im humiden Klima die entscheidende Rolle zu. Im 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts erkannte man, dass Infiltrationstheorie nicht überall zutrifft. So entstehen in Wüsten und Halbwüsten geringe Mengen Grundwasser dadurch, dass nachts die Luft kälter als am Tage ist, wodurch es zur Taubildung kommt. Das Tauwasser dringt in den Boden ein, so dass eine Grundwasserneubildung ohne Niederschläge erfolgt. In humiden Klimabereich ist diese Art der Neubildung jedoch quantitativ unerheblich. Diese Theorie wird als Kondensationstheorie bezeichnet. Dritte und letzte Theorie für die Neubildung des Grundwassers ist die sogenannte Theorie des juvenilen Wassers. Als juvenil (primitive water) wird ein Wasser aus dem Erdinneren bezeichnet, das nach vorliegendem Erkenntnisstand nie zuvor atmosphärisches Wasser oder Oberflächenwasser war. Dieses Wasser stammt von flüssigen Gesteinschmelzen (Magma) und in welchem Maße es die Grundwasserneubildung beeinflusst ist noch nicht exakt zu erfassen.^[10]

2.2. Grundwasserabfluss

Zweite wichtige Größe, die das Grundwasservorkommen beeinflusst ist der Abfluss. Niederschlagswasser kann direkt über Infiltration oder über den Zwischenabfluss das Grundwasser erreichen. Hier fließt es dem größten Gefälle des Grundwasserspiegels folgend, als Grundwasserabfluss dem Vorfluter zu. Letzten Endes sucht das Grundwasser sich einen Weg zum Meer oder zum See^[11]. Viele abiotische, biotische und anthropogene Faktoren üben Einflüss auf den Grundwasserabfluss. Darunter fällt das Relief, die Bodenart, die Vegetationsart und selbstverständlich die Versiegelung. Die Niederschlagsintensität und das Wasseraufnahmevermögen der Böden spielen ebenfalls eine wichtige Rolle für den Abfluss. Von allen Abflusskomponenten wird dem Grundwasserabfluss die größte Bedeutung beigemessen, weil er im Wesentlichen die Wasserführung eines Fließgewässers (Fluss) in niederschlagsarmen Zeiten bestimmt.

Abb. 3: Wichtige Einflussfaktoren auf den Abfluss Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Quelle: Encarta Enzyklopädie

Die Grundwasserzone schließt sich direkt der ungesättigten Zone an und wird auch als gesättigte Zone bezeichnet (vgl. Abb. 3). In der gesättigten Zone, wird nach den verschiedenen Vorkommen das Grundwasser unterschieden. Es wird in juveniles und fossiles Wasser unterteilt, wobei das juvenile Wasser von flüssigen Gesteinsschmelzen bei der magmatischen Differentiationen abgegeben wird, aufsteigt und somit am Wasserkreislauf teilnimmt. Das fossile Wasser dagegen nimmt an dem aktuellen Wasserkreislauf nicht direkt teil und ist von wasserundurchlässigem Gestein umgeben. Diese Art von Grundwasser findet man häufig in ariden Gebieten und bewegt sich, wenn überhaupt äußerst langsam und in geologischen Zeiträumen. Eine weitere Form ist das konnate Wasser, welches bei der Sedimentierung in den Poren eingeschlossen wurde. Dieses Wasser reagiert mit den Sedimentpartikeln und ist an bestimmte Schichten gebunden und wird auch als Formationswasser bezeichnet^[12].

[...]

^[1] Vgl. Hölting 1992, S. 6

^[2] Vgl. Rouve 1982, S.13

^[3] Vgl. Hölting 1992, S. 6

^[4] Vgl. Jordan, H. & Weder, H-J. 1995, S. 31

^[5] Vgl. Baumgartner 1996, S. 88

^[6] Vgl. Hoinkes 1964, in Baumgarten 1998, S. 92

^[7] Vgl. Baumgartner 1996, S. 90

^[8] Vgl. Jordan, H. & Weder, H-J. 1995, S. 35

^[9] Vgl. Symader 2004, S. 153

^[10] Vgl. Hölting 1992, S. 9 f.

^[11] Vgl. Baumgartner &Liebscher 1996, S. 466

^[12] Vgl. Baumgartner 1990, S. 403