Teils dramatischer Rückgang von Grundwasser weltweit

Wasserschwund

Teils dramatischer Rückgang von Grundwasser weltweit

Die Auswertung von langjährigen Satellitendaten bringt erstaunliche Erkenntnisse zutage. Während der Wasserhaushalt vielerorts negativ ist, fällt Afrika aus dem Rahmen

Alois Pumhösel

Die Situation in vielen österreichischen Gemeinden ist angespannt. Durch die anhaltende Trockenheit wird das Trinkwasser knapp. Menschen werden angehalten, Wasser zu sparen. Das Gießen von Grünflächen, die Autowäsche und das Befüllen von Pools ist mancherorts bereits verboten. Dass die Situation in Gesamtösterreich nicht noch schlimmer ist, als es die Rekorddürre vermuten lässt, hat einen einfachen Grund. Die Grundwasserreservoirs reagieren langsam auf derartige Extremereignisse. Doch was uns aktuell hilft, die Folgen der Dürre abzumildern, könnte uns später noch zum Verhängnis werden. Denn umgekehrt wirkt die Trockenheit noch lange negativ im Grundwasserspiegel nach.

Komplexe Datenlage

Doch nicht nur im Alpenraum gehen die Pegel zurück, auch weltweit gibt es wesentliche Verluste. "Insgesamt verlieren wir Grundwasser", sagt Roland Hohensinn. Der aus Oberösterreich stammende Wissenschafter forscht am Geoforschungszentrum Potsdam und an der University of California in San Diego. "Doch der Rückgang ist nicht flächendeckend. Es lassen sich auch Regionen mit starken Zuwächsen ausmachen." In einer Studie, die derzeit als Preprint zugänglich ist, bieten Hohensinn und Kollegen eine neue Analyse, die Unsicherheiten in der komplexen Berechnung auf neue Art berücksichtigt. Sie zeigen, dass die global betrachtet dramatischen Rückgänge zu einem guten Teil durch die regionalen Zugewinne wieder ausgeglichen werden – wobei das größte Plus ausgerechnet in Afrika verzeichnet wird, das gleichzeitig stark von Dürren geprägt ist.

Hohensinn beschäftigt sich mit der Weltraumgeodäsie, also der Vermessung der Erde mittels Satelliten. Zu seinen Schwerpunkten gehört einerseits die Beobachtung der Erde mittels Satellitennavigationssystemen wie dem europäischen Galileo-System oder dem US-Pendant GPS. Die Erdoberfläche ist nicht starr, Hebungen und Senkungen sind messbar. Beispielsweise wird eine postglaziale Landhebung gemessen – also der Effekt, dass sich die Erdkruste nach der Entlastung durch das abgeschmolzene Eis langsam wieder hebt. Andererseits steht das Gravitationsfeld in seinem Forschungsfokus. Hier stehen die Daten der GRACE-Mission im Zentrum, die Änderungen der Erdschwere mit hoher Genauigkeit abbilden. Beide Methoden haben auch mit der Bestimmung des Grundwasserhaushalts zu tun.

Die Satellitendaten von GRACE liefern die Basis: Die Mission ist eine Kooperation der US-Raumfahrtagentur Nasa und des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt (DLR). Zwei Satelliten, die auf einer Linie hintereinander durch den Erdorbit rasen, messen dabei mittels Mikrowellen konstant den Abstand zueinander. Aus den Abstandsveränderungen, sowie den Messungen von präzisen Bahndaten und Beschleunigungssensoren, kann auf Variationen im Erdgravitationsfeld geschlossen werden. 2018 wurde in Zuge der Nachfolgemission Grace-FO das Duo im Orbit von einem neuen Satellitenpaar abgelöst, das den Abstand auch hochgenau per Laser vermisst. Ein erneutes Update ist geplant, um eine Fortführung der Messreihe sicherzustellen.

Aktuelles herausrechnen

Ein großer Teil der gemessenen Gravitationsveränderungen über Land hängt mit Veränderungen der Wasserspeicherung zusammen. Das europäische Projekt Global Gravity-based Groundwater Product (G3P) erstellt aus den Satellitendaten Grundwasserzeitreihen, indem alle anderen Wasserkörper – darunter Gletscher, Seen, Flüsse, Schnee oder Bodenfeuchte – von der gemessenen Gesamtwassersäule abgezogen werden. Doch dieses Modell birgt noch erhebliche Unsicherheiten. Hier kommen nun Hohensinn und Kollegen ins Spiel: "Wir kalibrieren die Messdaten mithilfe von statistischen Methoden, um saisonale und natürliche Klimavariationen von langfristigen Trends unterscheidbar zu machen, die vom Menschen verursacht werden – etwa Klimawandel oder intensive Grundwasserentnahmen", sagt der Forscher. "Beispielsweise darf das lange Gedächtnis des Grundwassers – etwa das Nachwirken einer schon Jahre zurückliegenden Dürre – nicht automatisch als langfristiger Trend interpretiert werden."

Die resultierende Grundwasser-Weltkarte zeigt ein dramatisches Bild. Insgesamt liegen die Verluste in der untersuchten Zeitreihe von 2002 bis 2023 bei geschätzt 103 Kubikkilometer pro Jahr. "Hotspots mit größten Rückgängen sind in Nordindien, im Arabischen und Persischen Raum und in Nordchina. Asien ist als Kontinent am stärksten betroffen", sagt Hohensinn. "Auch in Nord- und Zentralamerikas gibt es Regionen mit starken Verlusten, etwa in den High Planes im Zentrum der USA oder in Kaliforniens Central Valley. In vielen Fällen ist eine intensive Grundwassernutzung der ausschlaggebende Faktor, oft aber zusätzlich verschärft durch anhaltende Dürren."

In Südamerika wiederum erschweren zyklische Klimaschwankungen zwar die Trendanalyse, doch punktuell sind die Folgen von Bergbau und intensiver Bewässerung klar erkennbar. In Europa sind Regionen, die von anhaltender Dürre beeinflusst werden, im Minus: "Hier stechen etwa große Teile Spaniens, Frankreichs und Deutschlands als Negativ-Hotspots hervor", sagt der Forscher. Die Zeitreihen lassen insgesamt eine zunehmende Trockenheit auf der Nordhalbkugel beobachten.

Widersprüchliches Afrika

Ein besonders interessantes Phänomen zeigt schließlich Afrika. Abseits der Verluste in Südafrika oder im Norden Libyens gibt es auch große Zugewinne, etwa in der westlichen Sahelzone oder im Bereich des Ostafrikanischen Grabens. Während auf anderen Kontinenten die Verluste zumeist überwiegen, übersteigen laut der Studie in Afrika die Volumenszuwächse die Rückgänge um insgesamt etwa 37 Kubikkilometer. Das hat massiven Einfluss auf das weltweite Gesamtbudget: Die Netto-Bilanz, die also alle Zugewinne miteinberechnet, sinkt auf einen Verlust von etwa 26 Kubikkilometer pro Jahr. "Die paradox erscheinenden Zuwächse in Afrika werden mit Veränderungen in der Landnutzung und mit einer langfristigen Veränderung der Niederschlagsmuster aufgrund klimatischer Veränderungen in Zusammenhang gebracht", schildert Hohensinn.

Der Forscher betont, dass die Herangehensweise so gewählt wurde, dass statistisches Rauschen möglichst nicht als Trend missverstanden werden kann. Eine der verbleibenden Unsicherheiten hängt mit der erwähnten Bewegung der Erdkruste zusammen. "Rund um die Arktis gibt es nach Abschmelzen der eiszeitlichen Gletscher bis heute noch eine massive Landhebung. Gleichzeitig schmelzen die polaren Gletscher durch den Klimawandel intensiv und verursachen Masseveränderungen", sagt Hohensinn. "Diese Faktoren werden, unter anderem durch Modelle auf Basis von GPS-Messungen, korrigiert. Doch nicht in jedem Fall kann man die Effekte von Landhebung und Grundwasserveränderung in den Gravitationsdaten genau unterscheiden."

Die Studie zeigt aber klar, dass sich der Wasserhaushalt des Planeten wandelt. Geht man etwas weniger konservativ bei der Unsicherheitsanalyse vor, trete auch der Alpenraum als signifikanter Negativtrend hervor, sagt der Forscher. Nicht zuletzt deswegen möchte sich Hohensinn künftig verstärkt mit lokalen Veränderungen des Wasserhaushalts in Mitteleuropa beschäftigen. Die langfristigen Effekte solcher Veränderungen auf die davon betroffenen Menschen weisen noch viele offene Fragen auf. Sowohl in Afrika als auch in Europa. (Alois Pumhösel, 23.8.2026)

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