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Für die Schweiz wurde ein Grundwassertemperaturdatensatz von 92 Messstellen bestehend aus Quellen Piezometern und Entnahmebrunnen ausgewertet von 1990 bis Anfang 2025. Die Trends wurden mithilfe nicht-parametrischer Verfahren sowie linearer Regression analysiert und durch saisonale und hydrogeologische Metainformationen ergänzt.

Die Ergebnisse zeigen, dass an fast allen Stationen eine signifikante Erwärmung des Grundwassers nachweisbar ist. Seit den 1990er-Jahren nehmen die Abweichungen vom Mittelwert kontinuierlich zu, wobei die 2020er-Jahre die wärmsten im gesamten Beobachtungszeitraum darstellen. Etwa 52 % der Stationen weisen signifikante Trends auf, mit Erwärmungsraten im Bereich von 0.2–0.8 K pro Dekade. Saisonale Analysen zeigen, dass die Erwärmung in allen Jahreszeiten auftritt, jedoch unterschiedlich stark ausgeprägt ist. Der Vergleich mit Lufttemperaturen verdeutlicht, dass die Luft in zwei Dritteln der Fälle stärkere Trends zeigt als das Grundwasser; gleichzeitig dokumentieren Zeitverschiebungen und Dämpfungseffekte die thermische Trägheit des Untergrundes. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf Fließwege, Retardationsfaktoren und Aufenthaltszeiten in Aquiferen ziehen. Zusätzlich wurden Einflüsse von Standortfaktoren (z. B. Aquifertyp, Landnutzung, Mächtigkeit der ungesättigten Zone, Höhenlage, Schneetage) untersucht, die die Heterogenität der Trends erklären. Die Studie zeigt, dass die Erwärmung des Grundwassers in der Schweiz ein flächendeckendes Phänomen ist, das eng mit dem Klimawandel verknüpft ist, jedoch durch lokale hydrogeologische Eigenschaften moduliert wird. Dies hat weitreichende Implikationen für Trinkwasserversorgung, Ökosystemschutz und die Nutzung geothermischer Ressourcen.

Die Entwicklung der zukünftigen Grundwassertemperaturen hat ökologische und ökonomische Bedeutung. Zum Beispiel wirkt sich die Grundwassertemperatur direkt auf den Lebensraum für viele Organismen aus. Indirekt hat die Grundwassertemperatur einen Einfluss auf die Qualität des Grundwassers. Darüber hinaus wird durch die Vorlage eines Gesetzesentwurfs „zur Beschleunigung des Ausbaus von Geothermieanlagen, Wärmepumpen und Wärmespeichern sowie zur Änderung weiterer rechtlicher Rahmenbedingungen für den klimaneutralen Ausbau der Wärmeversorgung“ (Bundestagsdebatte vom 09.10.2025) durch die Bundesregierung klar, dass auch die thermische Bewirtschaftung des Untergrunds in Zukunft vermehrt angestrebt wird.

Die Wärmeausbreitung von den oberen Bodenschichten bis zur Grundwasseroberfläche wird u.a. durch den Wasserhaushalt in der ungesättigten Zone beeinflusst. Prognosen zur Entwicklung von Boden- und Grundwassertemperaturen profitieren daher von Modellen, die den Wärme- und Wassertransport gekoppelt simulieren können. In dieser Studie wurde das Wärmemodul von HYDRUS-1D verwendet, um die Temperaturveränderungen im Boden bis zum Grundwasser unter dem Einfluss des Klimawandels zu simulieren.

Die Ergebnisse der Bodenwasserhaushaltssimulationen für ein Trinkwassergewinnungsgebiet in Nordrhein-Westfalen zeigen konkret wie Grundwassertemperaturen durch Landnutzung und klimatische Veränderungen beeinflusst werden.

Rising groundwater temperatures (GWT) represent an emerging challenge, with broad potential consequences for groundwater quality and dependent ecosystems (Neidhardt & Shao, 2023). In this context, we require additional monitoring strategies capable of tracing groundwater warming at local to regional scales. Traditional monitoring networks, while highly accurate, remain spatially sparse and resource intensive. Remote-sensing derived land surface temperature (LST) represents a promising proxy for GWT, as shallow groundwater is strongly influenced by surface temperatures. Yet, the applicability of satellite-derived LST time series to monitor GWT has not been fully tested.

Here we test whether monthly mean LST values can be used as a reliable proxy for shallow GWT dynamics in the Upper Rhine Graben. We combine GWT time series data (provided by the State Institute for Environment Baden-Württemberg, LUBW), air temperature (AT) records from four DWD climate stations and LST data from the MODIS Terra satellite system. The observation period spans from November 2016 to April 2022. GWT observations were restricted to 18 monitoring wells, in which seasonal signals were visible to a depth of 14 m. Monthly mean GWT were compared to both, AT and LST, considering well-specific phase shifts of 2 to 8 months resulting from thermal damping.

The results reveal strong positive correlations between GWT and both, AT and LST for 15 wells that are characterized by distinct seasonal temperature signals (Pearson correlation coefficients r _{GWT, LST} of +0.58 to +0.93, median: +0.82). Despite variability in depth and hydrogeological context, the majority of wells showed consistent positive correlations, suggesting a robust link between LST and GWT. Respective RMSE values averaged ~1.5 K across all wells, but dropped below 0.3 K for the best-performing wells (Alber et al., accepted). The results are consistent with previous studies that have demonstrated global-scale correlations between GWT and LST, but extend our knowledge by showing that monthly mean LST values can detect groundwater warming patterns at the local to regional scale, when phase shifts are accounted for. Limitations arise for greater depths (here: >14 m), where seasonal signals vanish. Furthermore, local factors (e.g., urban heat islands, aquifer thermal energy storage, groundwater extraction) can distort the LST-GWT relationship. Thus, calibration with in situ monitoring data remains essential.

In sum, satellite-derived LST on a monthly basis can be applied as a practical, globally available and also cost-effective proxy for monitoring GWT dynamics in shallow aquifers. Here, not only long-term warming trends but also seasonal variations can be captured, offering a more responsive monitoring tool compared to decadal or annual averages. As such, LST-based data can serve as early-warning indicator for warming of shallow groundwater, triggering targeted on-site measurements where risks to water quality or ecosystems are suspected.

Literature:

- Alber Amanda, Braun Andreas, Neidhardt Harald (accepted for publication): Raumzeitliche Zusammenhänge zwischen Oberflächentemperaturen und Grundwassertemperaturen im Oberrheinischen Tiefland - Anwendungsmöglichkeiten von Fernerkundungsdaten. Grundwasser

- Neidhardt Harald, Wen Shao (2023): Impact of climate change-induced warming on groundwater temperatures and quality. Applied Water Science 13.12: 235.

Groundwater temperatures (GWT) reflect the interactions between climate, geological conditions, and human influence. Changes in the thermal conditions of shallow aquifers can have far-reaching consequences, including altered groundwater quality, increased geothermal potential, and threats to groundwater-dependent ecosystems. Both anthropogenic infrastructure and climate change affect the thermal conditions of groundwater. However, there is still a lack of studies that examine the impacts of built environments on groundwater temperatures at large spatial scales, particularly regarding their seasonality.

Therefore, this study updates an existing global dataset with the newest groundwater temperature observations collected at governmental levels, focusing for the first time not only on annual mean temperatures but also on their seasonal variation.

After calculating temperature anomalies (i.e., identifying deviations from expected thermal patterns), we first link these data to local climate zones (LCZ). LCZs are the state-of-the-art urban land cover classification that describes the impact of the (built) environment on local temperatures. Developed initially with a focus on air temperatures, we find a strong relationship between LCZs and GWT as well. Particularly, sites in compact high-rise locations are on average +2.8 °C warmer than their surroundings, and sites in heavy industry even +4.0 °C (see attached figure).

Furthermore, time series from various wells are analysed to determine the extent to which the seasonal development of GWT follows the atmospheric signal or is superimposed by other—particularly anthropogenic—influences. This analysis provides insights into regional and global patterns of subsurface heat dynamics and their drivers. First results reveal a significant impact of non-atmospheric factors on groundwater thermal regimes at many urban and non-urban locations.

Grundwasserfauna ist eine wichtige Komponente unterirdischer aquatischer Ökosysteme. Ihr Lebensraum wird im urbanen Raum neben den hydrogeologischen Bedingungen auch von Stressoren wie erhöhten Grundwassertemperaturen und Sauerstoffverarmung beeinflusst. In welchem Ausmaß sich diese abiotischen Faktoren auf das Vorkommen und die Diversität der Invertebraten-Gemeinschaft unter Städten auswirken, ist jedoch bisher unzureichend erforscht.

Um urbane Einflussfaktoren zu erfassen und diese gegen hydrogeologische Gegebenheiten abzuwägen, wurden in fünf Messkampagnen abiotische und faunistische Daten an 91 Grundwassermessstellen in Halle (Saale) erhoben. Dabei wurden sowohl der Stadtbereich als auch das ländliche Umland untersucht. Die hydrogeologischen Bedingungen der Stadt sind aufgrund der geologischen Vielfalt im oberflächennahen Stockwerk äußerst variabel, mit verschiedenen Aquifertypen verteilt auf zahlreiche hydrostratigraphische Einheiten.

Der urbane Gradient ist gekennzeichnet durch erhöhte Temperaturen (> 12 °C) im Stadtzentrum, während Unterschiede in gelöstem Sauerstoff (DO) und gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC) sowohl urbane als auch hydrogeologische Einflüsse widerspiegeln. Die regional variierende Zusammensetzung der faunistischen Gemeinschaften deutet ein räumliches Muster an. Dieses reflektiert jedoch weder die Gegensätze zwischen Stadt und ländlichem Umland noch die unterschiedlichen Aquifertypen. Bestimmender für die Faunenzusammensetzung in den oberflächennahen Aquiferen Halles waren die hydraulische Leitfähigkeit und der Grundwasserflurabstand. Crustacea wurden vorrangig in Messstellen mit einem Grundwasserspiegel von weniger als 6 m gefunden, während in Messstellen mit einem tieferen Grundwasserspiegel Würmer dominierten.

Die Abundanz und die Anzahl der taxonomischen Großgruppen der Stygofauna weisen signifikante, wenn auch schwache Korrelationen mit Redox-relevanten Parametern (DO, Eh, NH₄⁺, NO₃⁻, DOC) auf, wobei höhere DO-Konzentrationen tendenziell mit einer größeren Abundanz und Vielfalt einhergehen. Diese zeigen zudem eine schwach negative Korrelation mit der Temperatur, welche sich insbesondere in der Überlagerung mit niedrigen DO-Konzentrationen verstärkt.

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Bewertung komplexer urbaner Grundwasserökosysteme integrative Ansätze erfordert, die die Wechselwirkungen zwischen abiotischen und biotischen Faktoren im Kontext des jeweiligen hydrogeologischen Settings berücksichtigen.