Die Geheimnisse des Untergrundes

Der Zustand von Ökosystemen und die Biodiversität hängen auch von der Verfügbarkeit und Qualität von Wasser ab. Menschliche Eingriffe und natürliche Prozesse beeinflussen den Wasser- und Stoffkreislauf in einem Ökosystem. So kann in Flusseinzugsgebieten die Qualität und Verfügbarkeit von Wasser durch Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft, Schadstoffeinträge aus Altablagerungen und durch Eingriffe in den natürlichen Verlauf von Oberflächengewässern verändert werden. Eine nachhaltige Bewirtschaftung muss daher auf einem fundierten Verständnis der Wechselwirkungen im Wasser- und Stoffhaushalt von Ökosystemen aufbauen. Diese Wechselwirkungen sind bis heute jedoch nur ungenügend verstanden. Ursache ist unter anderem, dass es bisher nur eingeschränkt möglich ist, die Stoff- und Wasserflüsse zuverlässig zu erfassen. Damit ist es jedoch auch schwierig, die Landnutzung und Wasserbewirtschaftung nachhaltig zu gestalten und Prognosen zu erstellen.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ die Forschungsplattform MOSAIC für die Erkundung, Beobachtung und Steuerung von großräumigen Umweltsystemen geschaffen. MOSAIC steht für "Model Driven Site Assessment, Information & Control" und drückt damit aus, dass nicht nur auf eine modellgestützte Erkundung abgezielt wird, sondern dass die Daten auch für eine Steuerung von Umweltprozessen verwendet werden können. Mit der Kombination und Entwicklung von Technologien aus den Bereichen Bohr-, Mess- und Analysetechnik ermöglicht MOSAIC Untersuchungen im Feldmaßstab in neuer Qualität hinsichtlich Effizienz und Geschwindigkeit bei der hochaufgelösten Erkundung komplexer Untergrundstrukturen. MOSAIC trägt dazu bei, Methoden zur Entscheidungs- bzw. Prozesssteuerung zu entwickeln, die auch gesetzlichen Randbedingungen gerecht werden. "Doch es geht uns nicht nur um eine bestimmte Technologie, sondern um eine intelligente Verknüpfung und Weiterentwicklung verschiedener Technologien. Denn jede Methode hat Vor- und Nachteile," sagt Dr. Ulrike Werban, Nachwuchswissenschaftlerin am UFZ. Deshalb arbeiten die Helmholtz-Forscher auch an der Kombination von Direct-Push-Techniken - eine vergleichsweise neue Technik - mit geophysikalischen Methoden. Diese neuartige Herangehensweise erhöht die Qualität der Ergebnisse und beschleunigt die Untersuchungen extrem. Dabei dient MOSAIC nicht nur der interdisziplinären Forschung, sondern auch dem Technologietransfer, beispielsweise um neue Monitoring- und Erkundungstechnologien in der Praxis zu etablieren.

In der Jahna-Aue im sächsischen Riesa wird ein Pilotprojekt des UFZ zur Bestimmung der Grundwasserqualität durchgeführt. Mit Direct-Push-Geräten werden dort Tiefenprofile von Stoffkonzentrationen im Grundwasser gemessen. Damit lässt sich der Untergrund wesentlich schneller und preiswerter untersuchen als mit herkömmlichen Bohrverfahren. Zwar gibt es in Sachsen ein weit verzweigtes Netz an Grundwassermessstellen, doch mit den neuen Verfahren können Probleme noch gezielter unter die Lupe genommen werden. Denn die EU-Wasserrahmenrichtlinie verlangt bis 2009 die Erarbeitung von Maßnahmen für Wasserkörper mit Qualitätsproblemen.

Das Pilotprojekt ist nur ein Anwendungsfall von vielen. Egal ob es sich um leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe in der Nähe von Wien handelt oder um die genaue Lokalisierung einer Schadstofffahne aus Benzol unter einem ehemaligen Hydrierwerk, die Direct-Push-Technologie hat sich in den letzten Monaten bei verschiedenen Einsätzen des UFZ bewährt. Aber auch für die Arbeit von Biologen und Bodenforschern oder die Untersuchung von Deichen und damit für den Hochwasserschutz eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten. Mit ihren Geräten sind die Forscher inzwischen ständig auf Achse, um die weißen Flecken auf den Karten des Untergrundes zu füllen.