Salzwasser sprudelt im Umland von Berlin an vielen Stellen aus dem Boden. Rund um die Quellen wachsen Blumen, die sonst nur in Küstennähe vorkommen. Doch was das Wasser aus der Tiefe an die Oberfläche treibt, war bisher unbekannt. Mathematiker haben nun die Grundwasserströme modelliert und dabei eine Erklärung für das Phänomen gefunden. Danach erhitzt Erdwärme das schwere Salzwasser, das dann über Konvektionsströme nach oben transportiert wird.
Geowissenschaftler, Wasserexperten und Mathematiker interessieren sich seit langem für das Phänomen der Salzwasserquellen, weil davon die Wasserversorgung der Metropolenregion betroffen sein könnte.
Berlin bezieht einen großen Teil seines Trinkwassers aus Brunnen, die versickertes Oberflächenwasser fördern. Die Wasserbetriebe und die zuständigen Behörden haben ein großes Interesse daran, dass kein salziges Tiefenwasser in die Trinkwasserbrunnen eindringt.
Eigentlich ist das Trinkwasser im Untergrund Berlins gut geschützt: Eine Tonschicht, der Rupelton, sperrt tiefer liegende "Stockwerke" ab, und außerdem ist Salzwasser schwerer als Süßwasser. Wieso aber gibt es dann solche salzigen Quellen, beispielsweise bei Storkow? Anders
gefragt: Was treibt das schwerere Wasser aus der Tiefe?
Wärme verursacht Konvektionsströme
Mathematiker aus dem Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS) haben – gefördert von der DFG – zusammen mit Wissenschaftlern des GeoforschungsZentrums Potsdam, der Freien Universität Berlin und der BTU Cottbus eine mögliche Antwort darauf gefunden. Demnach erhitzt die Wärme aus dem Erdinneren das Salzwasser und verursacht Konvektionsströme, ähnlich wie in einem Suppentopf, wo heißes Wasser aufwallt. Bereits vor einigen Jahren hatten Mathematiker um Jürgen Fuhrmann vom WIAS festgestellt, das thermale Konvektionsströme im hiesigen Untergrund prinzipiell möglich sind.
Das mathematische Modell hatte damals jedoch noch nicht das im Wasser gelöste Salz berücksichtigt. Mittlerweile haben die Forscher diesen Parameter jedoch integriert und weitere Arbeiten durchgeführt, zum Beispiel das aufsteigende Wasser chemisch analysiert und mit Hilfe des Programmpakets FEFLOW der WASY GmbH ein weiteres Modell entworfen.
Rechnungen und Vergleiche mit beiden Modellen zeigen, dass der Temperaturgradient im Untergrund stark genug ist, um das schwerere Salzwasser über Konvektionsströme nach oben zu reißen. Da zudem bekannt ist, dass eiszeitliche Gletscher an manchen Stellen den Rupelton weggeschürft haben, ist nun klar, wieso das Wasser nach oben quellen kann. "In weiteren Forschungen geht es darum, die extrem dünne Rupeltonschicht in die Modelle zu integrieren", kündigt Fuhrmann an.
(idw – Forschungsverbund Berlin, 22.03.2006 – DLO)
