// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Grundwasserentnahme lässt Städte global sinken, doch der Prozess ist umkehrbar
Jahrzehnte nach strengen Regeln für die Grundwasserentnahme hebt sich der Untergrund im Großraum Osaka wieder messbar. Satellitendaten zeigen örtlich bis zu zwölf Millimeter Hebung pro Jahr. Entscheidend für die räumlichen Unterschiede sind offenbar geologische Störungen, die den unterirdischen Wasserfluss bremsen und dadurch die Erholung der Grundwasserleiter ungleich verteilen.
Wellington (Neuseeland). Viele Küstenstädte verlieren nicht nur durch den steigenden Meeresspiegel an Sicherheit, denn übermäßige Grundwasserentnahme zählt ebenfalls zu den wichtigsten Ursachen für Landabsenkungen in Küstenstädten. Beim Abpumpen sinkt der Porendruck im Untergrund und Sedimente können sich verdichten. Weniger klar war bisher, wie sich der Boden bei einer langfristigen Erholung des Grundwassers verhält und warum die Bewegung innerhalb einer Stadt so unterschiedlich ausfallen kann.
Der Großraum Osaka bietet dafür ein seltenes Langzeitbeispiel, nachdem intensive Grundwasserförderung zwischen den 1920er und 1960er Jahren die Wasserstände um bis zu 30 Meter sinken ließ. In weiten Teilen des Beckens senkte sich der Boden dadurch um mehr als zwei Meter. Nach strengen Beschränkungen der Grundwasserentnahme Anfang der 1960er Jahre stiegen die Wasserstände wieder, während sich die großflächige Absenkung bis Mitte der 1970er Jahre weitgehend stabilisierte.
Forscher der Victoria University of Wellington um Dr. Jesse Kearse haben diese Erholung nun mit hochauflösenden Messungen der Bodenbewegung und jahrzehntelangen Grundwasserdaten untersucht. Dafür wertete das Team 293 Radaraufnahmen des europäischen Sentinel-1-Satelliten aus, die zwischen Dezember 2016 und Dezember 2021 entstanden. Zusammen mit Messungen des globalen Satellitennavigationssystems erreichten die Forscher dabei eine räumliche Auflösung von zehn Metern.
Zusätzlich analysierte das Team Messreihen aus 44 Grundwasserbrunnen mit Tiefen zwischen zehn und 561 Metern, deren Daten zum Teil bis 1985 zurückreichen. Über den gesamten untersuchten Stadtraum registrierten die Forscher im Mittel eine Hebung von 4,0 plus oder minus 2,5 Millimetern pro Jahr, örtlich waren es bis zu zwölf Millimeter. Der großräumige Mittelwert ist laut Studie auch mit tektonischen Bewegungen im Erdbebenzyklus der Nankai-Subduktionszone vereinbar.
Entscheidend war deshalb die kleinräumige Verteilung, denn die Hebungsraten änderten sich teilweise innerhalb von weniger als 100 Metern abrupt. Viele dieser scharfen Grenzen stimmen mit bekannten geologischen Störungen überein. Zugleich stiegen die Grundwasserstände dort am stärksten, wo sich auch der Untergrund schneller hob.
Besonders deutlich zeigt sich der Zusammenhang an der Uemachi-Störung in der Osaka-Ebene. Auf ihrer östlichen Seite hob sich der Boden im Mittel um sechs bis sieben Millimeter pro Jahr, auf der westlichen Seite nur um drei bis vier Millimeter. Auch die Grundwasserstände entwickelten sich unterschiedlich und stiegen östlich der Störung im Mittel um 0,3 Meter pro Jahr, westlich dagegen nur um 0,1 Meter.
Die Forscher erklären dieses Muster damit, dass Störungszonen den seitlichen Wasserfluss im Untergrund behindern können. Wasser sammelt sich dann stärker auf einer Seite, der Porendruck nimmt zu und eingeschlossene Grundwasserleiter dehnen sich elastisch aus. Deformationsmodelle passen am besten zu Quellen der Hebung in weniger als rund 500 Metern Tiefe. Die Beobachtungen allein beweisen den Mechanismus zwar nicht, ihre räumliche Übereinstimmung mit den Grundwasserdaten und die Modellierung stützen ihn jedoch.
Die Satellitendaten liefern zudem Hinweise auf bislang unbekannte Strukturen, denn im Nara-Becken verläuft eine rund zwölf Kilometer lange, scharf begrenzte Zone mit unterschiedlichen Hebungsraten, obwohl dort keine Störung an der Oberfläche kartiert ist. Die Forscher halten deshalb eine verborgene Störung für möglich, wobei auch Unterschiede in den Sedimenten zu dem Muster beitragen könnten und die genaue Ursache noch geklärt werden muss.