Grondwater bedreigd door droogtes en zware regenval, blijkt uit langdurige analyses

Extreme weersomstandigheden bedreigen de kwaliteit en stabiliteit van grondwater. Dit blijkt uit langdurige analyses van grondwater met nieuwe analysemethoden, zoals beschreven in een recente studie in Nature Communications. Miljarden mensen zijn afhankelijk van voldoende en schoon grondwater voor drinkwater, waardoor het cruciaal is om de impact van klimaatextremen op de toekomstige waterveiligheid te begrijpen.

Grondwaterhoudende gesteentelagen, ook wel aquifers genoemd, worden doorgaans aangevuld door neerslag die door de bodem sijpelt. Tijdens deze passage worden stoffen die aan de oppervlakte zijn opgenomen, uit het water verwijderd via sorptie aan bodemmineralen of ze worden gemetaboliseerd door bodemmicro-organismen. Dit natuurlijke filtratieproces resulteert in sterk gepurificeerd grondwater.

Echter, neerslag kan soms snel in diepere bodemlagen stromen, waardoor de zuivering wordt omzeild en grote hoeveelheden opgeloste stoffen van de oppervlakte en bovenste bodemlagen in de grondwateraquifers worden getransporteerd. Dit geldt vooral na extreme neerslag en na droogteperiodes. Langdurige droogtes veroorzaken grote scheuren in de bodem en verminderen ook de opname van regenwater in de bovenste bodems. Onder dergelijke omstandigheden stroomt water meer direct naar het grondwater of loopt het af naar rivieren, meren en oceanen.

Het grondwater wordt dan niet alleen onvoldoende aangevuld, maar ook besmet met ongewenste en mogelijk schadelijke stoffen van de oppervlakte en bovenste bodemlagen. Dit kunnen onder andere organisch materiaal, herbiciden en pesticiden zijn, evenals microbiële producten zoals antibiotica en andere verontreinigende stoffen.

In een nieuw experimentele benadering hebben Simon A. Schroeter en Gerd Gleixner van het Max Planck Instituut voor Biogeochemie langdurige grondwateranalyses uitgevoerd in Duitsland, samen met een groot onderzoeksteam. Ze gebruikten de detectie van opgelost organisch materiaal als een proxy voor waterverontreinigingen en bevestigden fundamentele veranderingen in de stabiliteit van grondwater.

Schroeter, postdoctoraal onderzoeker, zegt: “Onze resultaten suggereren dat klimaatverandering veroorzaakte extreme weersomstandigheden de kwaliteit van het grondwater en de dynamiek van de aanvulling al aan het veranderen zijn.” Het onderzoeksteam bestudeerde grondwater en de bijbehorende hydroklimatische omstandigheden op drie geologisch verschillende onderzoekslocaties in Duitsland tussen 2014 en 2021. Ze analyseerden de waterkwaliteit door duizenden individuele moleculaire entiteiten te volgen tijdens hun passage van de bodem naar het grondwater.

In tegenstelling tot standaardmethoden, waarbij de bulkconcentratie van opgelost organisch koolstof wordt gemeten, stelde hun nieuw ontwikkelde niet-gerichte aanpak hen in staat om veranderingen in de hoeveelheid en chemische samenstelling van organische moleculen te detecteren.

Tijdens maximaal 8 jaar analyse vonden de wetenschappers consistente langetermijntrends: toenemende hoeveelheden oppervlakte-afgeleide organische stoffen die zich ophopen in grondwater, evenals dalende grondwaterstanden. Bovendien konden ze de verhoogde grondwaterverontreiniging duidelijk correlateren met extreme weersomstandigheden, met name met de droogte in 2018.

Hun resultaten suggereren dat de nieuwe methode aanzienlijk gevoeliger is voor het detecteren van veranderingen in de kwaliteit van het grondwater dan de gebruikelijke koolstofmetingen. Het zou daarom kunnen dienen als een toekomstige vroege indicator voor de verslechtering van de grondwaterkwaliteit. Terwijl de methode afhankelijk is van organische moleculen als indicatoren van waterverontreiniging, kunnen de werkelijke verontreinigingen elk soort verontreinigende stoffen omvatten die van de oppervlakte zijn weggespoeld.

Nu de klimaatverandering blijft verergeren, roepen wetenschappers op tot grotere aandacht voor het beheer van grondwater en mitigatiestrategieën tegen de effecten van hydroklimatische extremen. De afname van de natuurlijke waterzuiveringsprocessen in de bodem vergroot de druk die onze samenleving al ervaart door dalende grondwaterstanden. Recente onderzoeken waarschuwen dat de klimaatgerelateerde afname van de grondwaterkwaliteit de antropogene vervuiling kan overtreffen.

Gleixner, hoofd van de onderzoeksgroep, voegt toe: “Onze methode zal ons helpen om risico’s voor de kwaliteit van grondwater in aquifers te identificeren die als schoon en veilig voor gebruik worden beschouwd voor de toekomst. Onze onderzoeksresultaten benadrukken de dringende noodzaak voor duurzame waterbeheerpraktijken om deze vitale hulpbron te beschermen.”

De studie maakt deel uit van het Duitse samenwerkingsonderzoekcentrum AquaDiva, geleid door Kirsten Küsel, Susan Trumbore en Kai Totsche, een interdisciplinaire initiatief dat zich richt op het begrijpen van de interacties tussen oppervlakte- en suboppervlakte-ecosystemen en hun reactie op milieuveranderingen. Door expertise uit biogeochemie, hydrogeologie en microbiologie te integreren, heeft AquaDiva als doel de complexe processen die de grondwaterecosystemen beheersen en hun veerkracht tegen klimaatverandering bloot te leggen.