Erkundung von Süßwasserquellen im Toten Meer

Brunnen trocknen aus und natürliche Quellen versiegen. Wissenschaftler suchen nach Gründen für das Abfließen von Süßwasser in das Tote Meer.

In den Gebirgen Israels, Palästinas und Jordaniens rund um das Tote Meer sind süße Grundwässer gespeichert, die seit jeher als die wichtigsten Wasserressourcen der Region genutzt werden. Diese Wässer fließen der Gravitation (Schwerkraft) folgend unterirdisch dem Salzsee zu, wobei die Wasserspiegel in den Aquiferen, also den grundwasserleitenden Schichten, an die Höhe des Seespiegels gekoppelt sind. Problematisch ist, dass letzterer seit einigen Jahrzehnten um etwa 1 m pro Jahr absinkt und die Grundwasserspiegel diesem Trend folgen, wodurch Brunnen trockenfallen und natürliche Quellen versiegen.

Für die Bewertung der nutzbaren Grundwasservorkommen ist es daher entscheidend, diesen Zusammenhang auch quantitativ ausdrücken zu können und ein grundsätzliches Verständnis für die Mechanismen aufzubauen, warum an welchen Stellen welche Mengen an Süßwasser in den See abließen und damit unbrauchbar werden.

An diesen Fragen zum Systemverständnis der unterirdischen Grundwasserströme ins Tote Meer arbeiten Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ).

Derzeit fokussieren die Wissenschaftler ihre Erkundungen auf das Westufer des Sees, die in enger Kooperation mit Kollegen der TU Bergakademie Freiberg, des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie und dem Geologischen Dienst von Israel stattfinden. Der ideale Rahmen wird ihnen durch das multilaterale DESERVE* (Dead Sea Research Venue) Projekt geboten, welches von der Helmholtz-Gemeinschaft finanziert wird.

Insbesondere auf der Westseite des Sees müssen die Grundwässer auf dem Weg ins Tote Meer als finale Strecke den ehemaligen Seeboden passieren, der durch das Zurückweichen des Sees trockenfällt. Dieses mächtige Sedimentpaket besteht im Wesentlichen aus wasserundurchlässigen Tonlagen, in die Kalk-, Gips- und Salzminerale eingeschaltet sind. Obwohl der Seeboden demnach keinen Grundwasserleiter darstellt, gibt es entlang des Seeufers eine große Anzahl von Grundwasserquellen, deren Wasser ins Tote Meer abströmt.

Bisherige Untersuchungen der Wissenschaftler ergaben, dass sich das anströmende Grundwasser durch die Lösung von Salzmineralen Wegsamkeiten im eigentlich undurchlässigen Sediment schafft und diese Verkarstung durch eine ungewöhnlich hohe mikrobiologische Aktivität und damit verbundene Produktion von Schwefelsäure noch intensiviert wird.

Riesige Einsturzkrater am Rande des Sees
Durch diese unterirdische Auslaugung entstehen Hohlräume, die sich stellenweise in Form riesiger Einsturzkrater an der Erdoberfläche durchpausen (s. auch Artikel zu Erdfällen). Diese sogenannten Sinkholes sind in vielen Bereichen entlang des Sees und besonders häufig in Gesellschaft von Quellen zu finden. Warum es aber Gebiete entlang des Seeufers gibt, in denen Sinkholes und Quellen besonders häufig auftreten, ist bislang noch ungelöst. In diesen Regionen treten neben den landseitigen, auch submarine Quellen auf. Letztere sind gerade deswegen bemerkenswert, da der hohe Salzgehalt des Toten Meeres und die damit verbundene hohe Dichte von 1,24 g/cm3, einen Zustrom von süßem oder brackischem Wasser in den See eigentlich verhindern sollte. Einzig über offene Röhren, typisch für Karstsysteme, ist es hydraulisch erklärbar, dass gering salinare Grundwässer in den Salzsee übertreten und submarine Quellen entstehen. Tauchexpeditionen des Teams konnten diese Theorie belegen, in dessen Folge es den Wissenschaftlern des UFZ nun darum geht, herauszufinden, ob es einen räumlichen Zusammenhang zwischen dem Auftreten von oberirdischen und submarinen Quellen gibt. Dazu nutzen sie einen kombinierten fernerkundlichen Ansatz aus hochauflösender Erkundung des Seebodenreliefs in Kombination mit Thermalerkundung der Seeoberfläche (s. auch Artikel zu drohnengestützter Untergrunderkundung). Im Dezember 2015 wurde ein sogenannter Sonobot ans Tote Meer gebracht, ein autonomes Wasserfahrzeug, welches mit Echolot und Seitenscan-Sonar ausgerüstet den Seeboden erkundet.

Technologisch ist der Sonobot in der Lage, ein zuvor festgelegtes Messraster autonom abzufahren und dabei mittels des S2C Ultra Breitband Echolots exakte Tiefenortungen bis in 60 m Tiefe durchzuführen. Durch einen Messlinienabstand von 1 m und einer Geschwindigkeit von 1 m/s über Grund wird die Morphologie des Seebodens, die sogenannte Bathymetrie, hochauflösend kartiert. Darüber hinaus verfügt der Sonobot in den Schwimmerpaaren über 2 Seitenscan Sonare, die entweder mit 340 kHz oder 680 kHz den Seeboden in einer hervorragenden Qualität abbilden und morphologische Sprünge, seien es Untiefen oder Krater im Seeboden, noch einmal erheblich klarer darstellen.
Der Einsatz im Toten Meer ist dabei mit erheblichen logistischen Schwierigkeiten verbunden. Der hohe Auftrieb im Salzsee verlangte ein sehr viel größeres Gewicht des Sonobots, was durch zusätzliche Batteriepacks in den Schwimmern realisiert wurde. Dadurch wurde der Transport des Equipments über die Uferterrassen und die Reinigung vom Salzwasser nach den jeweiligen Einsätzen zur ambitionierten Aufgabe.

Aber die Mühsal hat sich gelohnt, denn die erzielten Ergebnisse zeigen eine faszinierende Kraterlandschaft mit erheblich mehr Grundwasseraustritten als bislang angenommen und einen systematischen räumlichen Bezug der Quellen zueinander. Die gewonnen Daten werden jetzt gemeinsam mit den Partnern wissenschaftlich ausgewertet und in naher Zukunft der Öffentlichkeit präsentiert.

*DESERVE ist ein gemeinsames Projekt der Helmholtz-Zentren KIT, GFZ und UFZ. Unter Beteiligung israelischer, jordanischer, palästinensischer und deutscher Wissenschaftler sollen bessere Erkenntnisse zu Wetter, Klima, Geophysik und Hydrologie in der Region erlangt werden. Nähere Informationen zum Projekt unter www.deserve-vi.net.

Text, Fotos und Grafiken soweit nicht andere Lizenzen betroffen: eskp.de | CC BY 4.0
eskp.de | Earth System Knowledge Platform – die Wissensplattform des Forschungsbereichs Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft

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