Ökosystem Grundwasser - unbekannter Lebensraum unter unseren Füßen

14.03.2019

Das Grundwasser ist das größte limnische Ökosystem auf der Erde. Doch im Vergleich zu Fließgewässern und Seen spielt unsere wichtigste Trinkwasserressource in Forschung und Gesellschaft nur eine untergeordnete Rolle, sagt Limnologe Christian Griebler. Warum sich das dringend ändern sollte, erläutert der neu berufene Professor der Universität Wien im Interview.

Was war Ihre Motivation, sich auf das Ökosystem Grundwasser zu spezialisieren?

Christian Griebler: Das Spannende ist, dass das Ökosystem Grundwasser das größte limnische Ökosystem der Erde ist. Dies wird aber bis heute nicht in den Lehrbüchern abgebildete. Es gibt viele Kapitel über Seen, Flüsse – über das Grundwasser findet man darin wenig. Das liegt mitunter daran, dass wir dieses Ökosystem nicht sehen und lange nicht wahrgenommen haben. Die Forschung war anfänglich von purer Neugier getrieben zu erkunden, was da in verborgenen Höhlengewässern und in den Sedimenten unter unseren Füßen eigentlich los ist. Heute geht es auch darum zu verstehen, welche Bedeutung dieses Ökosystem für die Gesellschaft hat.

Welche Bedeutung hat es?

In Österreich kommen 99 Prozent des Trinkwassers aus dem Untergrund. Die Forschung ist sich mittlerweile einig, dass es nicht nur physikalisch-chemische, sondern auch biologische Prozesse sind, die dazu führen, dass dieses Wasser sauber ist und wir es in weiten Teilen Österreichs ohne Aufbereitung trinken können.

Es geht also um die Aktivität von Mikroorganismen im Grundwasser?

Wer leistet im Untergrund die Reinigung des Grundwassers und wie groß ist das Reinigungspotenzial? Oder wie gehen die mikrobiellen Gemeinschaften mit neuartigen Schadstoffen um? Hier liefere ich mit meiner Forschung Grundlagen. Darauf aufbauend untersuchen wiederum andere, wie man die Aktivität der Mikroorganismen steuern und für sich nutzen kann.

  • Die unterirdische Reinigungsbrigade

    Das Grundwasser ist ein Ökosystem mit sehr spezifischen Lebensbedingungen: Es ist dunkel und das grundwasserführende, lückenhafte Sediment bietet nur wenig Raum. Stellenweise herrscht Sauerstoffarmut. Aber auch relativ konstante physikalische und chemische Bedingungen wie etwa gleichbleibende Temperaturen prägen die Lebenswelt, die von verschiedensten Mikroorganismen, Pilzen und Tieren besiedelt wird. Die Wechselwirkungen zwischen den Organismen und ihrem Umfeld prägt die Qualität des Grundwassers.

Wie gut wird das Grundwasser denn gesetzlich geschützt?

Zu wenig. Wir haben in Europa gute Wassergesetze wie z.B. die Europäische Wasserrahmenrichtlinie. Sie ist darauf ausgerichtet, Oberflächengewässer in einem guten Zustand zu halten oder diese in einen guten Zustand zu bringen, und schreibt sehr genau vor, was - morphologisch, chemisch, physikalisch bis hin zu den Lebensgemeinschaften in diesen Systemen - erfüllt sein muss, um eine gute ökologische Qualität zu garantieren. Für Grundwasser gibt es dies bisher nicht. Die Europäische Grundwasserrichtlinie kümmert sich um den guten chemischen und mengenmäßigen Zustand, nicht aber um die organische Seite. Das ist zu wenig, denn die Ökologie spielt eine wichtige Rolle.

Es werden im Moment Argumente gesammelt, auf deren Basis entschieden wird, ob die Europäische Wasserrahmenrichtlinie sowie die Grundwasserrichtlinie - ihre Tochterrichtlinie - überarbeitet werden. Jetzt laufen wir Grundwasserökologen wieder wie damals, bei der Vorbereitung der Richtlinien, Sturm, um ergänzende Bewertungskriterien für den Zustand des Grundwassers hineinzubringen.

Wie stehen die Chancen?

Heute haben wir im Gegensatz zu früher erste Werkzeuge für die ökologische Zustandsbeschreibung von Grundwasser an der Hand. Ein Ansatz ist etwa der B-A-E-Index, die Erhebung der mikrobiellen Biomasse – Aktivität – Energie. Wie viele Bakterien sind da? Wie aktiv sind sie? Und wie viel Energie haben sie in Form von leicht abbaubarem organischen Kohlenstoff zur Verfügung? Das ist ein relativ einfacher Ansatz, der keine extra teuren und aufwendigen Analysen voraussetzt.

Es gibt aber auch Fauna im Grundwasser, die uns über den ökologischen Zustand informiert Wir schauen uns das Verhältnis zwischen echten Grundwassertieren, z.B. pigmentlose, blinde Krebstierchen, und eingetragenen bzw. eingewanderten Lebewesen wie Würmern an. Ein intakter Grundwasserlebensraum zeigt hier sehr konstante Verhältnisse.

Sie haben zuvor viele Jahre am Helmholtz Zentrum in München geforscht. Wie war hier das Umfeld für die Grundwasserökologie?

Deutschland hat hier eine Vorreiterrolle. Wir haben auf nationaler Ebene einiges bewirkt. In Österreich ist die politische Akzeptanz für dieses Themenfeld noch nicht ganz so entwickelt. Hier ist man vorsichtiger.

Was sind für Sie die wichtigsten Argumente für einen besseren Grundwasserschutz?

Von der angewandte Seite her geht es natürlich darum, unsere Trinkwasserreserven langfristig zu sichern und ihre Qualität zu garantieren. Aber es gibt auch eine zweite Seite: Im Ökosystem Grundwasser leben Arten, die wir noch gar nicht kennen. Man könnte hier jeden Tag eine neue Art beschreiben. Das Ökosystem gleicht in diesem Zusammenhang einem Regenwald, wenn auch sehr dünn besiedelt. Ich finde, ein Ökosystem hat auch ein gewisses Eigenrecht anerkannt und geschützt zu werden. Aber auf dieser Schiene kommt man politisch im Moment kaum weiter.

Die Neubildungsraten von Grundwasser sind angesichts der Erderwärmung auch immer wieder – zumindest global – ein Thema.

Der Klimawandel führt dazu, dass sich die hydrologischen Ereignisse – die Menge an Niederschlägen, vor allem aber die Zeitpunkte und ihre Intensität – neu verteilen. Das beeinflusst ein Stück weit auch die Menge und Qualität des neu gebildeten Grundwassers. Hier werden wir zwar in Österreich mittelfristig keine Sorgen haben, langfristige Veränderungen sind im Moment nicht auszuschliessen.  Trockene Böden sind beispielsweise durchlässiger für Schadstoffe. Wenn Grundwasser zu Zeiten aufgefüllt wird, wo die Filterwirkungen nicht so gut sind, wird es problematisch.

Der Klimawandel interessiert Sie auch in Ihrer Forschung, was untersuchen Sie?

Grundwasser ist ein offenes Ökosystem. Oberflächennahe Schichten stehen im Austausch mit anderen Ökosystemen und der Atmosphäre. Mich interessieren die quantitativen Kohlenstoff-Flüsse: Bleibt durch die Erderwärmung mehr Kohlenstoff unten oder kommt mehr CO2 heraus? Dazu gibt es bisher nahezu keine belastbaren Daten. Das ist das Tolle an der Grundwasserökologie: Es gibt nur wenige, die in diesem Bereich forschen, und man kann sich als Grundwasserökologe in jede Richtung austoben!

Gibt es ein anderes Ökosystem, das ähnlich schwierig zu erfassen ist?

Die Tiefsee ist auch schwer zugänglich und zugleich vom Volumen her riesig. Aber ich denke, sie ist mittlerweile besser erforscht als Grundwasser-Ökosysteme. Die Probenentnahme ist bei der Grundwasserforschung sehr aufwendig: 99 Prozent der Mikrobiologie sitzt an den grundwasser-gesättigten Sedimenten, nur ein Prozent schwimmt frei herum. Um diesen blinden Fleck zu vermeiden, muss man die Sedimente über Bohrungen entnehmen. Das kann man aber nur in Ausnahmefällen machen, weil das sehr kostenintensiv ist. Wir müssen uns daher meist mit dem Grundwasser begnügen.

Gerade haben wir über ein Projekt mit dem Ministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus und dem Umweltbundesamt den Zugang zu Proben aus 2.000 Grundwassermessstellen in Österreich erhalten – das ist für uns eine tolle Gelegenheit, hier erstmals auch die Mikrobiologie genauer zu durchleuchten.

Das Interview führte Lena Yadlapalli.


Univ.-Prof. Dr. Christian Griebler: Seit 1. Jänner 2019 ist der Biologe, der an der Universität Wien studiert hat, als Professor für Limnologie an seine Alma Mater zurückgekehrt. Er war vorher 14 Jahre am Helmholtz Zentrum München am Institut für Grundwasserökologie, zuletzt als Institutsleiter, tätig. Christian Griebler leitet gemeinsam mit Gerhard J. Herndl das Department für Limnologie und Bio-Ozeanographie der Universität Wien.

Höhle mit Grundwasser (Copyright: Bild von Azulia auf Pixabay)
Grundwasserökologe Christian Griebler kehrte mit 1. Jänner als Professor für Limnologie an die Universität Wien zurück (Copyright: privat).