ZMT - Leibniz Zentrum für Marine Tropenforschung

Grundwasser verbindet Land und Meer unsichtbar im Untergrund

Wir untersuchen, wie der globale Wandel das Grundwasser in Küstenregionen verändert, welche Folgen dies für Süßwasserressourcen und marine Ökosysteme hat und wie wissenschaftliche Erkenntnisse wirksame Anpassung unterstützen können.

Grundwasser verbindet ein Erdsystem im Wandel

Grundwasser bleibt häufig unseren Blicken verborgen, ist aber keineswegs isoliert. Es tauscht Wasser und gelöste Stoffe mit Böden, Flüssen, Feuchtgebieten, der Atmosphäre und dem Meer aus. Der globale Wandel verändert das Grundwasser an den Küsten durch den Meeresspiegelanstieg, veränderte Niederschläge und Grundwasserneubildung, Extremereignisse, Landnutzung und Grundwasserentnahme. Die Folgen reichen von Veränderungen der Süßwasserverfügbarkeit und der Grundwasserqualität bis hin zu einem veränderten Nährstoff- und Kohlenstofftransport. Dies wirkt sich auf Küstenökosysteme und menschliche Gesellschaften aus.

Unsere Forschung macht diese verborgenen Verbindungen sichtbar und erfasst, wie sie sich räumlich und zeitlich verändern – von einzelnen Stränden und Inseln bis hin zu regionalen und globalen Grundwassersystemen.

Unsere Forschungsschwerpunkte

Unser konzeptionelles Modell des Küstengrundwassers (Abbildung aus: Kretschmer, D.V., Michael, H.A., Moosdorf, N., Oude Essink, G.H.P., Bierkens, M.F.P., Wagener, T., Reinecke, R., 2025. A Perceptual Model of Drivers and Limiters of Coastal Groundwater Dynamics. Hydrological Processes, 39(1): e70058.)

Grundwasser im Erdsystem im Wandel

Wir untersuchen Grundwasser als Teil des vernetzten Erdsystems. Im Mittelpunkt stehen die Grundwasserneubildung und -speicherung, der Austausch mit Oberflächengewässern – insbesondere dem Meer – sowie die Darstellung von Grundwasser in Modellen des globalen Umweltwandels. Wir verknüpfen Laborexperimente und lokale Beobachtungen mit regionalen, globalen und konzeptionellen Analysen, um Muster, Rückkopplungen und Unsicherheiten zu erkennen. Zudem erheben wir großräumige Daten, um die Datengrundlage unserer globalen Modelle zu verbessern. Damit schaffen wir eine Basis für verlässlichere Bewertungen, wissenschaftlich fundierte Politik und Anpassungsmaßnahmen.

Küstenaquifere im globalen Wandel

An der Küste treffen süßes Grundwasser und salziges Meerwasser in dynamischen Grundwasserleitern aufeinander. Meeresspiegelanstieg, veränderte Niederschläge und Grundwasserneubildung, Extremereignisse, Grundwasserentnahme, Landnutzung und Küstenmorphologie können dieses Gleichgewicht verändern. Wir untersuchen Salzwasserintrusion und submarinen Grundwasserabfluss, um zu verstehen, wo die Süßwasserressourcen an der Küste besonders gefährdet oder bedeutsam sind und wie sich Risiken im Laufe der Zeit entwickeln.

Auswirkungen des submarinen Grundwasserabflusses im vernetzten Erdsystem

Grundwasser überquert die Küstenlinie am Meeresboden. Dieser submarine Grundwasserabfluss kann Süßwasser, Nährstoffe, Kohlenstoff, Spurenelemente und Schadstoffe in die Küstengewässer transportieren. Wir untersuchen, wo diese Stoffflüsse auftreten, wie sie in unterirdischen Ästuaren verändert werden und wie sie mit anderen Komponenten des Erdsystems, etwa Küstenökosystemen, verknüpft sind.

Unsere Arbeitsweise

Wir verbinden Feldmessungen, Hydrogeologie, Geochemie, Geophysik und Fernerkundung mit prozessbasierter numerischer und empirischer Modellierung sowie konzeptionellen Studien. Tracer wie Radon- oder Radiumisotope ermöglichen es, Grundwassereinträge über größere Küstenbereiche hinweg zu erfassen.

Brunnen, Sensoren und Messungen des Grundwasseraustritts geben dagegen Aufschluss über die lokalen Verhältnisse. Wärmebilder und geophysikalische Untersuchungen machen räumliche Muster sichtbar. Modelle verknüpfen Beobachtungen über verschiedene Skalen hinweg und ermöglichen es, Zukunftsszenarien zu untersuchen. Konzeptionelle Ansätze helfen dabei, relevante Prozesse zu erkennen.

Über Regionen und Skalen hinweg

Unsere Forschung hat ihren Schwerpunkt an tropischen Küsten und auf Inseln. Dort kann Grundwasser für die Bevölkerung und die Ökosysteme von entscheidender Bedeutung sein, während bislang nur wenige Beobachtungsdaten vorliegen. Wir arbeiten in Süd- und Südostasien, in West- und Ostafrika sowie in Teilen Lateinamerikas oder der Karibik.

Ein weiterer wesentlicher Bestandteil unserer Arbeit ist die Modellierung und Datenerhebung auf globaler Ebene. Indem wir detaillierte Felduntersuchungen mit übergreifenden Auswertungen, großräumigen Datenprodukten und Modellen verbinden, identifizieren wir standortspezifische Prozesse und Muster, die über den einzelnen Untersuchungsort hinaus von Bedeutung sind.

Zusammenarbeit mit uns

Wir freuen uns über die Zusammenarbeit mit Kolleg:innen aus Hydrologie, Hydrogeologie, Ozeanographie, Biogeochemie, Ökologie, Klimaforschung und Küstenmanagement. Masterstudierende können sich bei uns nach Themen für Abschlussarbeiten erkundigen, die zu unserer laufenden Forschung beitragen.

Auch Gastforschende sind herzlich willkommen. Wenn Sie im Rahmen eines Stipendiums, beispielsweise des DAAD oder der Alexander von Humboldt-Stiftung (AvH), bei uns forschen möchten, nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf.

Unsere Forschung orientiert sich an klaren Werten. Wir erwarten von allen Mitgliedern und Gästen unserer Arbeitsgruppe, dass sie sich an einen gemeinsamen Verhaltenskodex halten. 

Unser Ziel ist es, die Rolle des Grundwassers im Erdsystem so gut zu verstehen, dass wir heutige Auswirkungen erklären, zukünftige Risiken frühzeitig erkennen und eine wirksame Anpassung in Küstenregionen unterstützen können – von der globalen bis zur lokalen Ebene.