Küstenregionen gehören zu den am dichtesten besiedelten Landschaften auf der Welt und beherbergen einen großen Teil der Weltbevölkerung. Grundwasserleiter werden in diesen Regionen oftmals als primäre Ressource für die Versorgung mit Trink- und Brauchwasser genutzt. Die Sicherstellung einer guten Grundwasserqualität ist daher von überragendem Interesse für viele verschiedene Akteure in Küstenregionen.

Grundwasserversalzung bedingt durch die Intrusion von Meerwasser bzw. salzigem Grundwasser stellt in vielen Fällen die unmittelbarste Gefahr für süße Grundwasservorkommen im Küstenbereich dar. Das Forschungsinteresse und die Bemühungen zur Verbesserung des Wissens in Hinblick auf Versalzungsprozesse ist dementsprechend in den vergangenen Jahren und Jahrzehnten spürbar gestiegen. Die Untersuchung der Auswirkungen anderer (reaktiver) hydrogeochemischer Prozesse auf die Entwicklung der Grundwasserqualität findet im Kontext Küste hingegen deutlich weniger Beachtung. Über die hydrogeochemische Entwicklung von Küstengrundwasserleitern im Verlauf des Holozäns, das typischerweise durch erhebliche paläo-hydrogeologischen Veränderungen im Küstenraum geprägt wurde, ist bis dato sehr wenig bekannt.

Ziel unserer Studie war es daher, die hydrogeochemische Entwicklung eines Küstengrundwassersystems während des Holozäns (9.000 Jahre BP bis heute) mittels numerischer reaktiver Stofftransportmodellierung genauer zu untersuchen. Insbesondere waren wir daran interessiert, (i) welche hydrogeochemischen Prozesse die Entwicklung der Grundwasserqualität übergeordnet beeinflussen, (ii) welchen Effekt verschiedene paläo-hydrogeologische Veränderungen der Küstenlandschaft auf die hydrogeochemische Entwicklung haben und (iii) welche Rolle verschiedene zeitliche und räumliche Skalen spielen. Die Weser-Ems-Region diente als Untersuchungsgebiet, wobei ein zuvor entwickeltes numerisches dichteabhängiges Grundwasserströmungsmodell (Seibert et al., 2023) als Grundlage herangezogen wurde. Für die Beantwortung der Fragestellungen wurden reaktive 2-D Stofftransportmodelle entwickelt und mit Hilfe des Software-Pakets PHT3D (Prommer und Post, 2010) simuliert. Erste Ergebnisse zeigen, dass hydrochemische Redox-Prozesse sowie Lösungs-/Fällungsreaktionen der Minerale Kalzit, Goethit, Siderit und Pyrit die Hydrogeochemie maßgeblich beeinflussen. Die Intrusion von Meerwasser durch den Holozänen Meeresspiegelanstieg konnte als einer der wesentlichen paläo-hydrogeologische Prozess identifiziert werden, welcher neben einer Erhöhung der Salinitäten u.a. einen Anstieg der gelösten Fe(II) und HS- Konzentrationen sowie intensivierte Lösungs-/Fällungsreaktionen der Minerale Goethit und Pyrit bewirkte.

Literatur:

Prommer, H. und Post, V.E.A., 2010. A Reactive MULTICOMPONENT Transport Model for Saturated Porous Media. www.pht3d.org

Seibert, S.L., Greskowiak, J., Bungenstock, F., Freund, H., Karle, M., Meyer, R., Oude Essink, G.H.P., Van Engelen, J. und Massmann, G., 2023. Paleo-Hydrogeological Modeling to Understand Present-Day Groundwater Salinities in a Low-Lying Coastal Groundwater System (Northwestern Germany). Water Resources Research, 59(4). https://doi.org/10.1029/2022WR033151