Wie kommt das Salz in den märkischen Boden?
Die Abbildung zeigt die Salzkonzentration des Wassers im Untergrund, wie sie die Simulation am WIAS ergeben hat. Abb.: WIAS
Aufquellendes Salzwasser könnte womöglich zum Problem für die Wasserversorgung der Region Berlin-Brandenburg werden. Mathematiker des Weierstraß-Instituts für Angewandte Analysis und Stochastik modellieren zusammen mit Kooperationspartnern die Grundwasserströme, um herauszufinden, was das Wasser an die Oberfläche treibt.
Salzwasserquellen gibt es im Umland von Berlin dutzendweise. In deren Umgebung wachsen Blumen, die sonst nur in Küstennähe vorkommen, zum Beispiel der Stranddreizack. Geowissenschaftler, Wasserexperten und Mathematiker interessieren sich seit langem für dieses Phänomen – nicht etwa der exotischen Blumen wegen, sondern 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 die Trinkwasserbrunnen kontaminiert. 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?
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 (vergleiche auch Verbundjournal Nr. 52, Dezember 2002).
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 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 Jürgen Fuhrmann an.
Weitere Informationen
Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik
Dr. Jürgen Fuhrmann
Tel.: 030 / 2 03 72-560
Mail: fuhrmann@wias-berlin.de
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