Spurensuche im Grundwasser

Im Frühjahr und Sommer kommte es im Arendsee oft zu übremäßigem Algenwachstum. Foto: IGB

Lange Zeit war die Ursache für die außergewöhnlich hohen Phosphor-Konzentrationen im Arendsee im Norden Sachsen-Anhalts ein Rätsel. Nun steht fest: Der Nährstoff, der u.a. für ausgeprägte Algenblüten in den Sommermonaten verantwortlich ist, gelangt über das Grundwasser in den See.

Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Berlin konnten erstmals nachweisen, dass das Grundwasser für die hohe Belastung eines Sees verantwortlich ist. Unterstützt wurden sie dabei von Bürgern der Stadt Arendsee. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift „Journal of Hydrology“.

Phosphor ist ein elementarer Nährstoff und eine wichtige Grundlage für das Leben in Flüssen und Seen. Zu viel davon führt jedoch zu einer unerwünschten Überdüngung von Gewässern. Es kommt beispielsweise zu wiederkehrenden Algenblüten, die im natürlichen Zustand nicht auftreten würden. Mittelfristig gefährdet die Anreicherung mit Nährstoffen (die sogenannte Eutrophierung) unter anderem die Artenvielfalt in den betroffenen Gewässern.

Hohe Phosphor-Konzentrationen im Arendsee enträtselt

Zahlreiche Seen in Deutschland und Europa sind inzwischen von der Eutrophierung betroffen, darunter auch der Arendsee im Nordosten Sachsen-Anhalts. Dort hat sich in den letzten Jahrzehnten ein Überangebot an Phosphor entwickelt. In der Folge kommt es vor allem in den Frühjahrs- und Sommermonaten immer wieder zu einem übermäßigen Wachstum von Algen und Cyanobakterien, die die Nutzung als Badegewässer vorübergehend einschränken.

Wissenschaftler erforschen vor Ort die Ursachen der außergewöhnlich hohen Phosphor-Konzentrationen. „Unsere Untersuchungen zeigen, dass Phosphor vor allem über das Grundwasser in den Arendsee gelangt“, sagt Karin Meinikmann, die das Phänomen im Rahmen ihrer Doktorarbeit am Leibniz-IGB erforscht.

Im Vergleich mit anderen potentiellen Eintraspfaden (z. B. landwirtschaftliche Dränwässer) sei das Grundwasser sogar für mehr als 50 Prozent der Phosphor-Last des Sees verantwortlich. Bisher galt Phosphor als schwer löslich und damit im Grundwasser als nicht mobil. Umso überraschender ist deshalb das Ergebnis der Wissenschaftler.

Einwohner unterstützen Beprobung des Grundwassers

„Unsere hydrologischen Untersuchungen ergaben, dass das Grundwasser in diesem Bereich in nördliche Richtung fließt“, erklärt Karin Meinikmann. Das Grundwasser gelangt demzufolge über das Stadtgebiet von Arendsee in den See. Bei der Bestimmung der Grundwasserqualität setzten die Wissenschaftler deshalb auch auf die Unterstützung der Anwohner: „ Viele brachten uns Wasser aus ihren privaten Hausbrunnen zur Analyse“, erzählt Meinikmann. „Dadurch bekamen wir ein räumlich vergleichsweise hochaufgelöstes Bild der Phosphor-Konzentrationen des Grundwassers im gesamten Stadtgebiet.“

Das Ergebnis: Vor allem das Grundwasser im Siedlungsbereich ist großflächig mit Phosphor belastet. Auch andere Nährstoffe wie Stickstoff wurden dort in hohen Konzentrationen gefunden. Messstellen im landwirtschaftlichen Bereich des Einzugsgebietes zeigten hingegen keine auffälligen Phosphor-Konzentrationen.

Ursachen für hohe Phosphor-Konzentrationen im Grundwasser bislang unbekannt

„Was die Ursache für die starke Belastung des Grundwassers mit Phosphor ist, lässt sich im Moment noch nicht sicher sagen. Das lässt das Land Sachsen-Anhalt derzeit intensiv untersuchen“, erklärt Dr. Michael Hupfer, der sich seit 1994 intensiv mit dem Arendsee beschäftigt. Die Werte legen nahe, dass die potentielle Quelle der hohen Nährstoff-Konzentrationen mit den Siedlungsanlagen in Verbindung steht.

Ein möglicher Anhaltspunkt könnten Studien sein, die darauf hindeuten, dass in Deutschland erhebliche Mengen des häuslichen Abwassers durch Leckagen in die Sickerwasserzone gelangen. „Üblicherweise werden Nähr- und Schadstoff-Konzentrationen durch Abbau- und Retentionsprozesse in der Sicker- und Grundwasserzone vermindert“, ergänzt IGB-Wissenschaftler Dr. Jörg Lewandowski. „Die entsprechenden Kapazitäten sind jedoch begrenzt: Sind sie aufgebraucht, können die schädlichen Komponenten noch Jahrzehnte später bis ins Grundwasser und in Flüsse und Seen gelangen.“

Ergebnisse legen Anpassungen der Richtlinien und Grenzwerte nahe

Der Arendsees ist der erste See, an dem eine Belastung des Grundwassers mit Phosphor als maßgebliche Ursache für den ökologisch schlechten Zustand nachgewiesen werden konnte. Die Wissenschaftler vermuten, dass dieses Phänomen aber auch in vielen anderen Gewässern auftritt. Da bislang vielerorts Untersuchungen dazu fehlen, wird der Aspekt bei Managementmaßnahmen an Gewässern noch unzureichend berücksichtigt. „Vor allem der zeitverzögerte Einfluss des Grundwassers wurde lange Zeit unterschätzt“, sagt Meinikmann.

Weder für die Gewässer noch für das Grundwasser existieren bislang anerkannte, ökologisch bedeutsame Grenzwerte. Stellt sich heraus, dass das Grundwasser weit bedeutsamer für die Eutrophierung von Gewässern ist, als bisher angenommen, müssten gesetzliche Richtlinien und Vorschriften entsprechend angepasst werden.

Quelle:
Meinikmann, K., Hupfer, M., Lewandowski, J. (2015): Phosphorus in groundwater discharge – A potential source for lake eutrophication. Journal of Hydrology, 524: 214-226. doi:10.1016/j.jhydrol.2015.02.031.

Kontakt:
Karin Meinikmann, Dr. Jörg Lewandowski, Dr. Michael Hupfer
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Müggelseedamm 310
12587 Berlin
Tel. 030 64181 671
E-Mail: meinikmann@igb-berlin.de
Angelina Tittmann
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: +49 (0) 30 64181 631
tittmann@igb-berlin.de

Weitere Informationen zum Leibniz-IGB

Die Arbeiten des Leibniz-IGB verbinden Grundlagen- mit Vorsorgeforschung als Basis für die nachhaltige Bewirtschaftung der Gewässer. Das Leibniz-IGB untersucht dabei die Struktur und Funktion von aquatischen Ökosystemen unter naturnahen Bedingungen und unter der Wirkung multipler Stressoren. Forschungsschwerpunkte sind unter anderem die Langzeitentwicklung von Seen, Flüssen und Feuchtgebieten bei sich rasch ändernden globalen, regionalen und lokalen Umweltbedingungen, die Entwicklung gekoppelter ökologischer und sozioökonomischer Modelle, die Renaturierung von Ökosystemen und die Biodiversität aquatischer Lebensräume. Die Arbeiten erfolgen in enger Kooperation mit den Universitäten und Forschungsinstitutionen der Region Berlin/Brandenburg und weltweit. Das Leibniz-IGB gehört zum Forschungsverbund Berlin e. V., einem Zusammenschluss von acht natur-, lebens- und umweltwissenschaftlichen Instituten in Berlin. Die vielfach ausgezeichneten Einrichtungen sind Mitglieder der Leibniz-Gemeinschaft.

http://www.igb-berlin.de

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