Grundwasserökologie

Grundwasser wurde lange als eine statische Einheit angesehen. Deshalb wurde der mögliche Einfluss von Umweltfaktoren wie Wasserstandsfluktuation, Ein- und Austritt von Stoffen und schwankende Hydrauliken fast völlig vernachlässigt. Dieses IP besteht aus drei Arbeitsgruppen (Work Packages/WP), die diese wichtige Forschungsfrage angehen, indem sie sich auf die physikalischen, biologischen und chemischen Dynamiken der Ökosystemdienstleistungen von Grundwasser konzentrieren.

WP 1: Die Schnittstelle Bodenwasser-Grundwasser - eine natürliche Barriere unter dynamisch-hydraulischen Bedingungen

Der Fokus dieses WPs liegt auf der Schnittstelle der gesättigten und ungesättigten Zone, sowie auf dem Übergangsbereich zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser. Diese Zonen stellen natürliche Barrieren für gelöste organische Substanz, Nähr- und Schadstoffe dar, die dadurch nicht in das Grundwasser gelangen können. Jedoch können gewöhnliche Wasserspiegelschwankungen und Extremereignisse wie Hochwasser und sehr niedrige Wasserstände den Transport innerhalb und zwischen den Zonen stark beeinflussen.
WP 1 konzentriert sich daher auf die physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse in den Übergangszonen, die den Transpport von Stoffen steuern. An vorderster Stelle steht dabei die Entwicklung sogenannter "monitoring tools", d. h. von Geräten und Methoden wie z. B. Isotopentechniken um die Konzentration an Substanzen in zeitlich und räumlich hoher Auflösung verfolgen zu können. In aktuellen Projekten untersuchen wir in kontrollierten Laborexperimenten den Einfluss eines schwankenden Grundwasserspiegels auf den Transport von gelösten und reaktiven Stoffen, sowie auf mikrobielle Gemeinschaften in der Boden-Grundwasser-Grenzschicht. Wir arbeiten an der Entwicklung eines Messsystems für Freilandmessungen, um zeitlich und räumlich hochaufgelöste Daten aus der gesättigten und ungesättigten Zone zu erhalten. Dieses System wurde an ausgewählten Standorten in der riparinen Zone installiert, um den Einfluss dynamisch-hydraulischer Bedingungen auf den Transport von Nährstoffen zu untersuchen.

WP 2: Der Effekt der hydrogeochemischen Strömungsdynamik auf die natürliche Abschwächung von punktförmigen Kontaminationsquellen

Die mikrobielle Aktivität im Wasser hängt stark von den geochemischen Gradienten zwischen verschiedenen Zonen, der Versorgung mit Substrat, der Verfügbarkeit von Elektronendonoren und der Konzentration an verunreinigenden Stoffen ab. Daher sind die Übergangszonen zwischen kontaminierten Zonen und den umgebenden, nicht-kontaminierten Bereichen typischerweise "hot spots" mikrobieller Aktivität.
Im Mittelpunkt der Forschung von WP 2 liegt die Sensitivität mikrobieller Kommunen gegenüber den sich dynamisch verändernden Umweltbedingungen und deren daraus resultierendes Potential, kontaminierende Substanzen abzubauen. In verschiedenen Projekten untersuchen wir den Effekt von Grundwasserschwankungen auf die Population von sesshaften, remineralisierenden Bakterien. Aktuelle Projekte beschäftigen sich mit dem Einfluss von Phagen auf ihre unmittelbare Umgebung und der Zusammensetzung und den Funktionen von bakteriellen Gemeinschaften.

WP 3: Dynamische Umsetzung und Abbau von diffusen Schadstoffen

Von vorrangiger Bedeutung für die Qualität der Grundwasserleiter sind biologische und chemische Düngemittel, aber auch diffuse Schadstoffe wie Nitrat, Pestizide, Pflegeprodukte, sowie Arzneimittel und Pathogene, die durch Abwasser in unsere Gewässer eingetragen werden.
Das Wissen über die Ausbreitung, Umsetzung und den Abbau dieser Substanzen ist jedoch sehr lückenhaft. Die Ausbreitung und die dominierenden Abbauprozesse werden einerseits durch die mikrobielle Aktivität, aber auch durch Strömungsverhalten, räumliche Heterogenität und RedOx-Prozesse gesteuert, daher stehen diese im Fokus dieses WPs. Besondere Aufmerksamkeit schenken wir der Entwicklung von Werkzeugen wie Biomarker und Bioindikatoren, um existierende Beobachtungsmethoden zu optimieren.