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Deutschland: Klimawandel senkt Grundwasserspiegel

Niederschläge können Wasserverlust durch Wärme und Dürren nicht ausgleichen

Wasser
Der Klimawandel wird auch in Deutschland die Grundwasserspiegel und Wasserverfügbarkeit negativ beeinflussen. © choness/ iStock.com, mattjeack/ Getty images

Deutschland ist eigentlich ein wasserreiches Land. Doch durch den Klimawandel könnten selbst hierzulande die Grundwasserspiegel sinken, wie eine Studie naheliegt. Demnach nimmt die Wasserverfügbarkeit im Boden vor allem in Nord- und Ostdeutschland bei zunehmender Erwärmung signifikant ab. Die Modellierung bestätigt damit, dass auch bei uns der Wasserverlust durch steigende Verdunstung langfristig nicht mehr durch Niederschläge ausgeglichen werden kann.

Dass der Klimawandel sich auch auf die Wasserressourcen auswirkt, ist nicht neu. Vor allem in ohnehin schon trockenen Regionen sorgen vermehrte Hitze und Dürren dafür, dass noch weniger Regen fällt und damit der Nachschub für Gewässer und Grundwasser fehlt. Parallel dazu erhöht sich durch die schleichende Erwärmung auch die Verdunstung – schon jetzt verlieren Landflächen und Vegetation dadurch zehn Prozent mehr Wasser pro Jahr als noch 2003.

Nasser oder trockener?

Doch wie sieht es in Deutschland aus? Die außergewöhnlich trockenen und heißen Sommer der Jahre 2018 bis 2020 haben gezeigt, dass Wasser selbst im eigentlich regenreichen Mitteleuropa knapp werden kann. Zudem sagen Klimaprognosen voraus, dass solche Wetterextreme in Zukunft häufiger auftreten könnten. Gleichzeitig jedoch prognostizieren die Modelle auch eine Zunahme vor allem Niederschläge im Winter und in Form von Starkregen.

Das Problem: Bisher ist unklar, welcher dieser Klimawandel-Effekte überwiegt. Reicht der vermehrte Regen aus, um unser Grundwasser immer wieder aufzufüllen? Oder bleibt unter dem Strich doch zu wenig Wasser übrig? Diese Frage haben Andreas Wunsch vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und seine Kollegen nun mithilfe eines lernfähigen KI-Systems für verschiedene Klimaszenarien untersucht.

Künstliche Intelligenz als Analysehelfer

Für ihre Studie nutzten die Forschenden ein neuronales Netzwerk, um Grundwasser-Messwerte von 118 Standorten in ganz Deutschland mit Wetterdaten in Bezug zu setzen. Anschließend ließen sie die künstliche Intelligenz für jeden dieser Standorte Prognosemodelle erstellen, die die Reaktion des Grundwasserspiegels auf drei verschiedene IPCC-Klimaszenarien bis 2100 abbildeten. Bezugspunkt war dabei jeweils das oberste Aquifer, weil dieses für die Wasserversorgung von Mensch, Pflanzen und Böden ausschlaggebend ist.

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Das günstigste Klimaszenario RCP2.6 geht von einem effektivem, schnellen Klimaschutz und einem Einhalten des Pariser Klimaschutzziels von unter zwei Grad Erwärmung aus. Das mittlere Szenario RCP4.5 entspricht einer Erwärmung um 2,6 Grad gegenüber präindustriellen Werten. Das dritte Szenario, RCP8.5, prognostiziert eine nahezu ungebremste Erwärmung um bis zu fünf Grad. „Vor allem für die nahe Zukunft sind die Ergebnisse für RCP8.5 am relevantesten, weil dieser Pfad der aktuellen Situation am nächsten kommt“, betont das Team.

GRundwasserspiegel
Mittlere Veränderung des Grundwasserspiegels bis zum Jahr 2100 bei RCP8.5.© Wunsch et al./ Nature Communications, CC-by 4.0

Sinkende Pegel in allen Szenarien

Die Modellierungen ergaben: In allen drei Szenarien wirkt sich der Klimawandel vorwiegend negativ auf den Grundwasserspiegel und die Wasserverfügbarkeit in Deutschland aus. Obwohl vor allem im Winter künftig vielerorts mehr Regen fällt, reicht dies offenbar nicht aus, um den Grundwasserspiegel auf seinem Niveau zu halten. Auch in Deutschland drohen demnach schon in den nächsten Jahrzehnten abnehmende Grundwasserspiegel, wie die Forschenden berichten.

„Selbst für RCP2.6 haben wir in allen untersuchten Quantilen und in ganz Deutschland Abnahmen des Grundwasserspiegels gefunden“, so Wunsch und seine Kollegen. „Wir müssen demnach selbst dann mit einer Veränderung der Wasserverfügbarkeit rechnen, wenn wir die globale Erwärmung auf unter zwei Grad begrenzen.“ Allerdings fällt das Absinken der Grundwasserspiegel dann deutlich weniger stark aus und vielerorts sind die Veränderungen nicht mehr signifikant.

Folgen schon bei geringem Absinken

Was das konkret bedeutet, schlüsseln die Wissenschaftler am Beispiel des Szenarios RCP8.5 genauer auf. Demnach könnte der Grundwasserspiegel bei einem wie bisher fortschreitenden Klimawandel im Schnitt um 10 bis 60 Zentimeter absinken. „Das erscheint wenig, aber schon ein Absinken um wenige Zentimeter kann je nach Standort und Projektion für Pflanzen in trockenen, heißen Perioden entscheidend sein“, erklären die Forschenden. Gerade im Pflanzenanbau kann dies zu erheblichen Ernteausfällen führen.

Hinzu kommt, dass sich in manchen Gegenden schon ein geringes Absenken der Grundwasserspiegel auch auf den Füllstand und den Fluss von Gewässern auswirken kann. „Einer Studie zufolge gilt in weiten Teilen Norddeutschlands schon eine Abnahme um zehn Zentimeter als kritisch für die Gewässer“, schreiben Wunsch und sein Team. Das habe sich unter anderem in der Zeit von 2018 bis 2020 gezeigt.

Norden und Osten am stärksten betroffen

Allerdings wirkt sich der Klimawandel nicht überall in Deutschland gleich stark auf das Grundwasser aus: „Besonders sichtbar sind die zukünftigen negativen Auswirkungen in Nord- und Ostdeutschland, wo es bereits heute entsprechende Entwicklungen gibt“, berichtet Koautor Stefan Broda von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR). In Süddeutschland sind die prognostizierten Veränderungen des Grundwassers hingegen deutlich geringer.

Nach Ansicht der Wissenschaftler unterstreichen diese Ergebnisse, dass auch das wasserreiche Deutschland sich auf Veränderungen einstellen muss. Hinzu kommt: In ihrer Studie haben sie nur die rein klimatischen Aspekte mit einbezogen, nicht aber anthropogene Faktoren wie eine steigende Wasserentnahme für Bewässerung von Feldern oder den zunehmenden Trinkwasserbedarf einer wachsenden Bevölkerung.

„Der Grundwasserspiegel wird daher unweigerlich noch weiter absinken, wenn keine aktiven Maßnahmen wie eine Begrenzung der Entnahme, eine Vermeidung der Bewässerung oder die vermehrte Zufuhr durch Versickerung umgesetzt werden“, warnen Wunsch und seine Kollegen. (Nature Communications, 2022; doi: 10.1038/s41467-022-28770-2)

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie

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