Grundwasser: Entstehung, Nutzung und Schutz

Niederschlag ist Wasser, das etwa als Regen oder Schnee aus Wolken zur Erde gelangt. Ein Teil davon versickert: Das Wasser dringt in den Boden ein. Dort bewegt es sich durch Poren, also kleine Hohlräume zwischen den Bodenkörnern, und durch Spalten im Gestein. Spalten sind Risse. Solange dieses Wasser durch einen Bereich mit Wasser und Luft sickert, heißt es Sickerwasser. Erreicht es die zusammenhängend wassergefüllten Hohlräume im Untergrund, wird es zu Grundwasser. Eine Pfütze an der Oberfläche ist dagegen kein Grundwasser. Auch Wasser aus Flüssen und Seen kann in den Untergrund gelangen und das Grundwasser ergänzen.

Die Schwerkraft zieht Wasser nach unten. Im Untergrund beeinflusst außerdem der Druck des Wassers seine Bewegung. Deshalb kann Grundwasser auch seitwärts oder aufwärts fließen. Die Form der Erdoberfläche allein verrät seine Fließrichtung nicht sicher.

Die Fließrichtung lässt sich mithilfe von Messrohren untersuchen. Ein Messrohr ist unten mit einer bestimmten Grundwasserschicht verbunden und oben offen. Entscheidend ist die Höhe, bis zu der das Wasser darin steigt. Vergleicht man mehrere Rohre, müssen ihre Wasserstände von derselben festen Ausgangshöhe aus angegeben werden. Innerhalb einer verbundenen Schicht fließt Grundwasser von höherem zu niedrigerem Wasserstand im Messrohr.

Ein Aquifer heißt auch Grundwasserleiter. Das ist ein Bereich im Untergrund, der genug Wasser speichern und weiterleiten kann, um einen Brunnen oder eine Quelle zu versorgen. Ein Brunnen ist eine künstliche Öffnung im Untergrund, aus der Menschen Wasser entnehmen können. An einer Quelle tritt Grundwasser von selbst an die Erdoberfläche. Ein Aquifer kann zum Beispiel aus Sand und Kies oder aus Gestein mit verbundenen Spalten bestehen.

In der gesättigten Zone sind die zusammenhängenden Hohlräume vollständig mit Wasser gefüllt. In der ungesättigten Zone enthalten die Hohlräume Wasser und Luft. Beim ungespannten Grundwasser nennt man die freie Grundwasseroberfläche Grundwasserspiegel. In unserem einfachen Modell bildet sie die Grenze zwischen der gesättigten Zone darunter und der ungesättigten Zone darüber. In einem offenen Messrohr steht das Wasser dann auf Höhe dieser freien Oberfläche.

Es gibt auch gespanntes Grundwasser. Dabei liegt über einer wassergefüllten Schicht eine kaum wasserdurchlässige Schicht. Das eingeschlossene Wasser kann unter Druck stehen. In einem offenen Messrohr kann es deshalb höher steigen als die Obergrenze der wassergefüllten Schicht. Der Rohrwasserstand zeigt dann, wie hoch der Druck das Wasser steigen lässt. Er zeigt hier nicht die Grenze zur ungesättigten Zone.

Auf seinem Weg durch den Untergrund verändert sich Wasser. Es kann Mineralstoffe aus Boden und Gestein lösen und aufnehmen. Mineralstoffe sind hier natürliche Bestandteile von Boden und Gestein. Manche davon bleiben gelöst im Wasser. Sie werden nicht wie feste Schmutzteilchen einfach ausgesiebt. Auch gelöstes Salz kann im Wasser bleiben.

Der Boden kann feste Schmutzteilchen zurückhalten und manche Schadstoffe binden. Schadstoffe sind Stoffe, die Menschen oder der Umwelt schaden können. Binden bedeutet hier: Die Stoffe haften an Bestandteilen des Bodens. Allein dadurch werden sie weder aus dem Boden entfernt noch in harmlose Stoffe verwandelt. Der Boden kann eine begrenzte Menge davon festhalten. Wird diese Grenze überschritten, können Schadstoffe wieder freikommen und ins Grundwasser gelangen.

Auch Krankheitserreger können auf dem Weg durch den Untergrund vermindert werden. Das sind winzige Lebewesen oder Teilchen, die Krankheiten auslösen können. Bleibt das Wasser ausreichend lange im Untergrund, können sie so weit vermindert werden, dass von ihnen keine Gefahr mehr ausgeht. Das ist aber keine allgemeine Garantie. Saures Wasser kann unter passenden Bedingungen zudem Metalle aus bestimmten Gesteinen lösen und das Wasser dadurch belasten. Natürliche Filterung bedeutet deshalb nicht, dass Grundwasser sicher als Trinkwasser geeignet ist. Trinkwasser ist Wasser, das Menschen ohne gesundheitliche Gefahr trinken können. Ob Grundwasser dafür geeignet ist, muss geprüft werden.

Schadstoffe können auf verschiedenen Wegen in den Boden gelangen. Dünger liefert Pflanzen Nährstoffe; zu große Mengen können das Grundwasser belasten. Pflanzenschutzmittel sollen unerwünschte Pflanzen oder Schädlinge bekämpfen, können aber ebenfalls ins Grundwasser gelangen. Weitere Gefahren sind Schadstoffe aus der Luft oder Reste früherer Verschmutzungen, etwa auf alten Fabrikflächen. Grundwasserschutz beginnt deshalb schon an der Oberfläche: Schadstoffe sollen möglichst gar nicht erst in den Boden gelangen.

Entnahme bedeutet, dass Menschen Grundwasser aus dem Untergrund holen, etwa durch Pumpen in einem Brunnen. Sie nutzen es zum Beispiel als Trinkwasser oder zur Bewässerung, also zum Versorgen von Pflanzen mit Wasser. Gleichzeitig kommt durch Versickerung und seitlichen Zufluss neues Wasser hinzu. Ein Teil des Grundwassers fließt natürlich ab, etwa zu Quellen oder Flüssen. Gehen durch natürlichen Abfluss und Entnahme zusammen mehr Wasser verloren, als zufließt, nimmt der Vorrat ab. Hält das längere Zeit an, kann der Grundwasserspiegel deutlich sinken.

Um einen stark fördernden Brunnen kann der Grundwasserspiegel trichterförmig absinken. Diese Form heißt Absenkungstrichter. Flache Brunnen können dadurch weniger Wasser liefern oder trockenfallen. Quellen können schwächer werden oder versiegen, also kein Wasser mehr liefern. In manchen Untergründen führt die Entnahme außerdem dazu, dass der Wasserdruck zwischen den Körnern abnimmt. Die Körner können enger zusammenrücken. Dann kann sich der Boden absenken; auch Risse sind möglich. Das geschieht nicht in jedem Untergrund.

Nahe Küsten und auf Inseln kann sich unter Süßwasser salziges Wasser befinden. Süßwasser enthält vergleichsweise wenig Salz. Wird dort Süßwasser entnommen, kann Salzwasser zum Brunnen aufsteigen und die Süßwasserschicht dünner werden. Unter empfindlichen Bedingungen kann schon eine geringe Entnahme problematisch sein. Das geförderte Wasser kann dann zum Trinken oder zur Bewässerung ungeeignet werden. Die natürliche Filterwirkung des Bodens verhindert das nicht sicher: Gelöstes Salz kann im Wasser bleiben.