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Wassererosion formt Landschaften und das Grundwasser ist ein bedeutender Faktor bei der Kreation von „theaterartigen“ Tälern und Schluchten.
Es wird zwar angenommen, dass das Grundwasser den Meeresboden in als Kontinentalränder bekannten Küstenregionen geformt hat, doch die Beziehung zwischen der Grundwassererosion und diesen Landschaften wurde bisher auf der Grundlage von Studien an Land untersucht.
„Wir müssen die Hinweise auf die Bedeutung des Grundwassers für die ablandige Geomorphologie im Allgemeinen und die Erosion von Schluchten im Besonderen neu bewerten, insbesondere am Kontinentalrand“, sagt Aaron Micallef, der Projektkoordinator des EU-finanzierten MARCAN-Projekts, unterstützt vom Europäischen Forschungsrat.
Kontinentalränder machen etwa ein Fünftel des Meeresbodens aus, beheimaten Ressourcen und Georisiken und stellen ein Archiv vergangener klimatischer und geologischer Aktivität dar. Unterwasserschluchten, die 20 % der Kontinentalränder ausmachen, sind wichtige Sammelstellen biologischer Vielfalt, regulieren ozeanografische Prozesse und bieten Informationen zu Kohlenwasserstoffreservoirs der Vergangenheit.
MARCAN verwendet eine Kombination geophysikalischer Messungen und Bohrlochdaten, um ein 3D-Modell des Grundwassers und der Landschaft zu erstellen und damit die Grundwasserveränderungen im Laufe der Zeit besser zu verstehen.
„Wir haben erkannt, dass es zu übermäßig vereinfachten und möglicherweise falschen Konzepten der Entwicklung von Kontinentalrändern geführt haben könnte, die Auswirkungen der Schwankungen des Meeresspiegels und des Grundwassers zu ignorieren“, erklärt Micallef. „Unsere Ergebnisse über die Rolle des Grundwassers bei der Entwicklung des Meeresbodens betonen außerdem dessen Wichtigkeit bei der Gefahrenbewertung von beispielsweise Erdrutschen unter Wasser.“
Der Meeresspiegel – der Schlüssel zu präziserer Modellierung
Wenn von Regen aufgefülltes Grundwasser entlang der Landschaftsgefälle fließt, nennt man das topographisch gesteuerte Strömungen meteorischen Wassers.
Das Modell von MARCAN wurde durch die Erkenntnis inspiriert, dass aktuelle und ehemalige Kontinentalränder nur dann verstanden werden können, wenn man sie hinsichtlich des niedrigeren Meeresspiegels und der topographisch gesteuerten Strömungen der Grundwassersysteme, die sich ablandig ausweiten, betrachtet.
Das liegt daran, dass für 80 % der letzten 2,5 Millionen Jahre der Meeresspiegel unter dem heutigen Niveau lag. Durch einen niedrigeren Meeresspiegel liegen mehr Festlandsockel über dem Wasser, wodurch aufgrund der höheren Lagen der Meerwasserdruck gesenkt und mehr potenzielle Grundwasserenergie erzeugt wird. Insbesondere schafft die größere Fläche, auf der Regen das Grundwasser auffüllen kann, ideale Bedingungen dafür, dass das Grundwasser sich über die aktuellen Küstenlinien hinaus ausbreitet.
Das hat enorme Auswirkungen auf die lokale Topologie. „Unsere Simulationen zeigen, dass der Zufluss meteorischen Wassers bei einem niedrigeren Meeresspiegel zu erhöhten Grundwasserspiegeln und massiven Schwankungen des Grundwassers geführt haben muss. Das hätte zu allgemein hohem Druck in Sedimentschichten entlang der Festlandsockel und oberen Gefälle geführt, wodurch diese eher einstürzen“, sagt Micallef.
Offshore-Preise
Ablandige Grundwassersysteme bilden bekanntermaßen, gestützt durch den Zufluss meteorischen Wassers, Reservoirs mit frischem Wasser von guter Qualität sowie Brackwasser, mit einem geschätzten globalen Volumen von etwa 500 000 km2.
Das Team sammelte die geophysikalischen Daten in den Gewässern und Küstenlinien von Neuseeland und Malta.
Das Projekt bestätigte, dass der Zufluss meteorischen Wassers bei niedrigem Meeresspiegel anscheinend der zentrale Mechanismus für ablandige Grundwasserreservoirs ist. In Neuseeland, wo das Team einen der besten Grundwasserdatensätze weltweit aufgestellt hat, ist dies vermutlich im Laufe von 300 000 Jahren während der letzten drei glazialen Zyklen geschehen.
Das Team hat außerdem Hinweise auf ein Grundwasserreservoir in der Nähe der Küste von Malta entdeckt. Das ist besonders bedeutend, da dieses Archipel eines der weltweit ärmsten Länder hinsichtlich der Wasserreserven pro Einwohner bzw. Einwohnerin ist.
Süßwasserressourcen
Wie die Richtlinien zur Wasser- und Meeresstrategie zeigen, sind die Wasser- und Meeresumgebungen Prioritäten der EU. MARCAN liefert Grundlagendaten zur Umwelt, wissenschaftliches Wissen, Beobachtungsinstrumente und quantitative Modelle, mit deren Hilfe die geeignetsten Umweltmaßnahmen getroffen werden und gleichzeitig die wertvollen ablandigen Süßwasserressourcen nachhaltig genutzt werden können.
Auch Branchen, die auf Technik am Meeresboden, die Sequestrierung von Kohlendioxid sowie Erzlager- und Erdölsuche beruhen, könnten Interesse an der Arbeit von MARCAN haben, da diese das Wissen zu vergangenen klimatischen und hydrologischen Veränderungen ausbaut und bei der Verfeinerung von Gefahreneinschätzungen hilft. MARCAN könnte ebenso bei Einschätzungen der Bewohnbarkeit extremer Umgebungen wie dem Meeresboden oder anderen Planeten helfen.
„Wir untersuchen derzeit, wie Grundwasserströmungen die Materialien des Meeresbodens bis in die Sedimentkerne verändern und haben bereits ermutigende Ergebnisse. Doch für den deutlichen Ausbau des Wissens sind hydrogeologische Bohrungen für präzise Proben und Tests notwendig. Wir haben eine Anfrage beim International Ocean Discovery Programm eingereicht, um damit zu beginnen“, meint Micallef abschließend.