Grundwasserbeschaffenheit

• _{Grüne Punkte (z. T. überdeckt): Quartär,}

• _{Stern: tertiäre Magmatite/Oberjura,}

• _{Rote Punkte: Obere Süßwassermolasse, Obere Meeresmolasse, Obere Brackwassermolasse, Untere Süßwassermolasse,}

• _{Blaue Quadrate: Oberjura}

• _{blaue Quadrate mit rotem Rand: Oberjura (Warme Quelle, Venturenquelle)}

Hauptinhaltstoffe in ausgewählten Grundwässern der Mittleren Alb (Datenquelle: Labordatenbank LGRB-RPF)

Probenahmestellen: 

Aquifer:

Karstwasser im Oberjura

Die Temperaturen des Karstgrundwassers und der Karstquellen schwanken im Jahresverlauf meist um weniger als ± 1 °C und liegen vorherrschend zwischen 8,6 °C und 10,5 °C. Der Temperaturgradient ist im stark durchströmten Aquiferbereich infolge Konvektion sehr niedrig, steigt aber unterhalb des verkarsteten Gebirgsabschnittes deutlich an. Nur oberflächennahe Schichtgrund- und Quellwässer zeigen eine weitgehende Anpassung an den Jahresgang der Lufttemperatur (HGK, 2002).

Abweichend davon sind die Temperaturen in der Venturenquelle (12,3 °C) und der Warmen Quelle (17,6 °C) erhöht. Sie gehen entweder auf einen Karstwasseraufstieg aus größerer Tiefe zur Vorflut oder auf einen erhöhten geothermischen Gradienten zurück (Villinger, 1977).

Hydrochemisch ist das Karstgrundwasser entscheidend durch die Lösung von Karbonatgestein charakterisiert und bei 480 bis 600 mg/l gelöstem Feststoffinhalt dem Typ hydrogenkarbonatisch-erdalkalisches Süßwasser zuzuordnen. Die Karbonathärte beträgt zwischen 14 °dH und 18 °dH, die Gesamthärte zwischen 16 °dH und 20 °dH.

Die Magnesiumkonzentrationen von meist weniger als 10 mg/l sind u. a. darauf zurückzuführen, dass der durchströmte Karstgrundwasserleiter hauptsächlich aus Kalkstein und nur untergeordnet aus Dolomitstein besteht. Einen auffallend hohen Magnesiumgehalt von 17,8 mg/l bei gleichzeitig niedrigen Natrium- und Kaliumwerten weist der Schlossbergbrunnen (QF Lichtenstein, Neufra) auf. Ebenfalls erhöhte Magnesiumwerte finden sich in der Venturenquelle Munderkingen (16,3 mg/l) sowie in der Warmen Quelle Munderkingen-Algershofen (20,9 mg/l).

Nach HGK (2002) hat sich auf der Ostalb die Nitratkonzentration in einigen Karstquellen seit den 1960er bzw. 1970er-Jahren bis ins Jahr 2000 etwa verdoppelt. Der langfristige Trend steigender Nitratkonzentrationen setzte sich ähnlich wie auf der Ostalb auch auf der Mittleren Alb in einigen Beobachtungsstellen in abgeschwächter Form im Zeitraum 2000 bis 2022 in unterschiedlich starker Ausprägung fort. So stiegen die Nitratgehalte z. B. in der Sebastianquelle von ca. 20 mg/l Anfang der 2000er-Jahre auf ca. 26 mg/l NO₃^2- Anfang der 2020er-Jahre an. Demgegenüber blieb die Nitratkonzentration z. B. am Blautopf und in der Gallusquelle seit dem Jahr 2000 annähernd konstant, beim Achursprung zeichnet sich ein leicht fallender Trend ab.

Bei den Chloridgehalten ist in den letzten 20 Jahren in der Gallusquelle und am Blautopf die Tendenz leicht steigend, am Achursprung nahmen die Chloridgehalte nur geringfügig zu. In der Lichtensteinquelle gingen die ohnehin schon sehr niedrigen Chloridgehalte weiter leicht zurück.

Die Sulfatgehalte betragen im Karstwasser meist zwischen ca. 6 und 20 mg/l SO₄^2-.

Allgemein ist das Grundwasser des Offenen Karsts verbreitet durch episodische Trübungen sowie mikrobiologische Belastungen charakterisiert und für schadensfallbedingte punktuelle Stoffeinträge besonders anfällig. Dies gilt insbesondere im Bereich hoher Abstandgeschwindigkeiten im direkten Zustrom zu den großen Karstquellen.

Grundwasser in quartären und tertiären Grundwasserleitern

Quartär

Das Grundwasser in den quartären Talablagerungen ist hydrochemisch nicht vom Karstgrundwasser des Oberjuras zu unterscheiden (hydrogenkarbonatisch-erdalkalisches Süßwasser).

Die Karbonathärten der untersuchten Wässer liegen zwischen 16 °dH und 18 °dH, die Gesamthärten zwischen 18 °dH und 20 °dH.

Eine Ausnahme bildet das Grundwasser des TB 1 Rote Wand, Ulm. Es ist stellvertretend für das Erschließungsgebiet Rote Wand und besteht zu einem sehr hohen Anteil aus Iller-Uferfiltrat. Es ist im Vergleich zu den anderen Grundwäsern im Quartär durch einen niedrigeren Calcium- und Nitrat-Gehalt sowie durch höhere Gehalte an Magnesium, Natrium, Kalium und Sulfat gekennzeichnet.

Tertiär

Auch beim Grundwasser aus den schwebenden Grundwasserstockwerken der tertiären Deckschichten handelt es sich um hydrogenkarbonatisch-erdalkalisches Süßwasser.

Die Sulfatgehalte der tertiären Wässer liegen mit Werten zwischen 15 und 43 mg/l meist über denen aus dem Oberjura und dem Quartär.

Das Grundwasser der QF 3 Oberdischingen (Obere Meeresmolasse) sowie die Grundwässer aus der Unteren Süßwassermolasse sind im Vergleich zu denen aus der Oberen Süßwassermolasse durch eine leicht erhöhte Mineralisation gekennzeichnet. Dies bildet sich in den höheren Gehalten an Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium ab. Dagegen weisen die Wässer aus der Unteren Süßwassermolasse deutlich geringere Nitratgehalte auf als die anderen Grundwässer aus dem Tertiär.

Bei der QF 3 Oberdischingen deuten die ebenfalls erhöhten Gehalte an Chlorid und Sulfat auf einen möglicherweise höheren anthropogenen Stoffeintrag hin.

Eine Besonderheit bildet der Säuerling von Kleinengstingen. Er ist an einen tertiären Tuffschlot gebunden und hydraulisch als schwebendes Schichtgrundwasser auf Basalttuff (diamikter Brekzientuff) charakterisiert. Das Grundwasser ist u. a. durch eine hohe Gesamtmineralisation (TDS: 1677 mg/l) und eine damit einhergehende hohe elektrische Leitfähigkeit (1620 µS/cm) gekennzeichnet.

Grundwasser in weiteren, z. T. tiefer liegenden Festgesteinsgrundwasserleitern

Am Nordrand der Mittleren Alb werden Grundwässer aus weiteren, z. T. tiefer liegenden Festgesteinsgrundwasserleitern des Mitteljuras und des Oberen Muschelkalks als Mineral- und Thermalwässer genutzt.

Hauptinhaltstoffe in ausgewählten tieferen Grundwässern der Mittleren Alb (Datenquelle: Labordatenbank LGRB-RPF)

Probenahmestellen:

Aquifer:

Die CO₂-reichen Mineralwässer im oberen Filstal bei Bad Ditzenbach und Bad Überkingen wurden zuletzt von Prestel & Schloz (2011) detailliert beschrieben. Sie führen die CO₂-Gehalte der Quellen auf eine tiefe magmatische Herkunft zurück. Als Aufstiegswege des CO₂ ziehen sie tektonische Dehnungsstrukturen in Betracht.

Bei den Grundwässern aus dem Mitteljura handelt es sich nach Furtak & Langguth (1967) um überwiegend hydrogenkarbonatische, normal erdalkalische Wässer (Helfensteinquelle 3 und 6 sowie Vinzenz-Quelle und Ludovica-Quelle, Bad Ditzenbach) sowie um überwiegend hydrogenkarbonatische (Helfensteinquelle 2, Bad Ditzenbach) bzw. sulfatisch erdalkalische Wässer (Marienquelle II, Bad Ditzenbach) mit höherem Alkaligehalt. Die Grundwässer aus dem Oberen Muschelkalk (Canisiusquelle I und II, Bad Ditzenbach) sind überwiegend chloridisch alkalische Wässer.

Sauerstoff/Deuterium (¹⁸O/²H)

Das stabile Sauerstoffisotop ¹⁸O und das stabile Wasserstoffisotop Deuterium ²H kommen im Wasser in geringen Mengen vor. Als Teil des Wassermoleküls ist das stabile Sauerstoffisotop ¹⁸O ein idealer Tracer. Es wird mit dem Niederschlag flächenhaft eingetragen. Die ¹⁸O-Werte beziehen sich auf den internationalen Standard VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water). Sie weisen wegen der generellen Abweichung gegenüber dem Meerwasser negative Werte auf und werden als δ¹⁸O-Werte in Promille (‰) dargestellt.

Methodik

Aufgrund der leicht unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der geringfügig schwereren Wassermoleküle führen Verdunstungs- und Kondensationsprozesse zu unterschiedlichen Gehalten der stabilen Isotope in der Wasser- und Gasphase (Isotopenfraktionierung). Dabei reichern sich die schweren Wassermoleküle in der verbleibenden flüssigen Phase an. Dieser Fraktionierungsprozess wird maßgebend durch die Temperatur beeinflusst (Temperatureffekt).

Mit Hilfe der Isotopenmarkierung des Wassermoleküls kann beurteilt werden, ob ein Grundwasseraufschluss nach einem Niederschlagsereignis z. B. Direktabflüsse von der Geländeoberfläche, zwischengespeichertes Grundwasser (z. B. aus dem Epikarst oder aus Klüften) bzw. langfristiges Grundwasser enthält. Hierzu sind Informationen über die ¹⁸O-Verteilung im Niederschlagswasser erforderlich. Sie unterliegt Schwankungen, die auf die Genese und Herkunft der Niederschläge zurückzuführen sind. Besonders bedeutend für die Interpretation ist die Tatsache, dass die Niederschläge im Sommerhalbjahr isotopisch schwerer sind als im Winterhalbjahr. Die ¹⁸O-Isotopenverteilung im Niederschlag weist demzufolge einen typischen Jahresgang auf.

Der Vergleich von längeren Zeitreihenmessungen des ¹⁸O-Gehaltes im Grundwasser und im Niederschlag erlaubt es i. d. R. sowohl kurzfristige (innerhalb von Tagen bis Wochen stattfindende) als auch saisonale Variationen bei der Grundwasserneubildung qualitativ und quantitativ zu identifizieren.

Bei altem Grundwasser deuten stark abgereicherte ²H/¹⁸O-Isotopengehalte (isotopisch leichtere Grundwässer) auf eine Neubildung unter kälteren Klimabedingungen (z. B. klimatische Kaltzeiten im Pleistozän) hin.

Ergebnisse

Im Zusammenhang mit der Pestizidproblematik in den Grundwässern der Mittleren Schwäbischen Alb wurden zwei Untersuchungskampagnen (1988–1999 und 2002–2003) u. a. mit Sauerstoff-18-Isotopenmessungen durchgeführt (Bauer et al., 2002; Selg et al., 2005; Bauer & Selg, 2006).

Ergebnisse der wöchentlichen δ¹⁸O-Untersuchungen (alle Angaben in ‰ VSMOW); Niederschlagswerte wurden mit Niederschlagshöhen gewichtet (aus Bauer & Selg, 2006)

Im Niederschlag der Mittleren Alb lagen die δ¹⁸O-Werte im Zeitraum Februar 2002 bis Februar 2003 in einem Bereich von -15,48 bis -4,45 ‰ VSMOW (1988–1999: -18,54 bis -2,42 ‰). Die gewichteten mittleren δ¹⁸O-Monatswerte im Niederschlag variierten in der zweiten Messkampagne zwischen -5,91 ‰ (Juni 2002) und -13,95 ‰ (Februar 2003). Damit liegt ein deutlich ausgeprägter, charakteristischer Jahresgang vor.

Im Grundwasser lagen die Messwerte in einem engen Bereich zwischen -10,37 und -9,36 ‰. Die δ¹⁸O -Werte des Blautopfs variierten zwischen -9,37 und -10,24 ‰, mit einer erstaunlich geringen Variationsbreite von nur 0,51 ‰. Die Variationsbreiten der ¹⁸O -Werte in den mehrfach untersuchten Tiefbrunnen waren noch geringer. Sie lagen zwischen 0,2 und 0,5 ‰ und damit im Bereich bzw. etwas oberhalb der analytischen Messgenauigkeit (± 0,15 ‰). Die größte Variationsbreite von 0,77 ‰ bei den δ¹⁸O -Werten weist die Quellfassung Grafenecker See (LGRB-Archiv-Nr. QU7622/1) auf, eine kleine Quelle mit einem nur wenige Quadratkilometer großen Einzugsgebiet nahe der Karstwasserscheide Rhein/Donau.

Die geringen Variationsbreiten im Blautopf und den Tiefbrunnen deuten darauf hin, dass der Anteil der kurzfristigen Abflusskomponenten am unterirdischen Abfluss nur gering ist. Der Anteil des Direktabfluss (MVZ von Tagen bis Wochen) wurde auf 2–8 %, der des kurzfristigen Abflusses (MVZ von Wochen bis wenigen Monaten) auf 1–3 % des Gesamtabflusses abgeschätzt.

Tritium (³H)

Tritiumhaltiges Wasser wird oft als idealer Tracer bezeichnet. Die Konzentration wird in Tritiumeinheiten (tritium units: TU) angegeben. Das Verhältnis von einem tritierten Wassermolekül zu 10¹⁸ nicht tritierten Wassermolekülen entspricht einem TU oder ca. 0,119 Bq/l.

Tritium als radioaktives Wasserstoffisotop mit einer Halbwertszeit von 12,32 Jahren nimmt als Bestandteil des Wassermoleküls am globalen Wasserkreislauf teil. Es wird in den höheren Luftschichten der Atmosphäre durch die Einwirkung von kosmischer Strahlung auf Stickstoffatome natürlich erzeugt. Tritiertes Wasser gelangt über den Niederschlag in das Grundwasser. Niederschlag in Europa enthält heute etwa 4–10 TU natürlich entstandenes Tritium.

Neben dem natürlichen Tritium wurden zwischen 1953 und 1963 große Mengen an Tritium durch oberirdische Kernwaffentests in die Stratosphäre freigesetzt. Dies führte zu extrem hohen Tritiumkonzentrationen von mehreren tausend TU im Niederschlagswasser. Mit Beendigung der Tests im Jahr 1963 nahmen die Trtiumgehalte schnell wieder ab. Dieser Tritiumpeak kann dazu führen, dass die Tritiumwerte nicht immer eindeutig interpretiert werden können. In solchen Fällen kann die Bestimmung der ⁸⁵Krypton-Konzentration weiterhelfen. Heute liegen die Gehalte im Niederschlag wieder in der Größenordnung der natürlichen atmosphärischen Tritiumproduktion.

Im Gebiet der Mittleren Alb ist das Karstgrundwasser in mehreren Studien (z. B. Geyh & Groschopf, 1978; Bauer et al., 2002; Selg et al., 2005)) an zahlreichen Grundwassermessstellen, Quellen und Brunnen z. T. über einen längeren Zeitraum auf Tritium untersucht worden. Anhand der Tritiumgehalte und unter Verwendung geeigneter Speicher-Durchfluss-Modelle können mittlere Verweilzeiten für das Grundwasser bestimmt werden.

Methodik

Für die Bestimmung der mittleren Verweilzeit im Oberjura der Schwäbischen Alb sind die Lage zur Wasserscheide, d. h. die Größe des Einzugsgebiets, und der Grundwasseranschluss der Quelle oder des Brunnens an hochdurchlässige Abflussbahnen maßgebliche Einflussgrößen. Sind diese Parameter bekannt, lassen sich die mittleren Verweilzeiten relativ zuverlässig abschätzen (Armbruster et al., 2008).

Bei der Auswertung wurde von einer ganzjährigen Grundwasserneubildung, d. h. einem ganzjährigen Eintrag von Tritium ausgegangen. Die Annahme beruht darauf, dass Klüfte, Spalten und Dolinen auch im Sommerhalbjahr ihre Drainagefunktion nicht verlieren und eine rasche Versickerung eines Teils der Niederschläge ermöglichen (HGK, 2002).

Bei der Wahl des Modelltyps, der der Auswertung zugrunde gelegt wird, sind folgende Aspekte zu berücksichtigen:

• die Komplexität der Strömungsvorgänge im Karstgrundwasserleiter mit gebietsweise wechselnder Intensität von Klüftung und Verkarstung sowohl in der gesättigten als auch in der ungesättigten Zone,
• die faziesabhängigen Porositätsunterschiede,
• die unterschiedliche Überdeckung durch schluff- und tonreiche, z. T. mergelige Schichten,
• die Speicherfunktion des Epikarsts.

Standardmodelle beschreiben solche Verhältnisse nur in Ausnahmefällen zufriedenstellend. Bei einer Karstquelle ist z. B. die Zusammensetzung der verschieden alten Wasserkomponenten in Trockenwetterzeiten anders als in einer Zeit mit starken Niederschlägen, bei einem Tiefbrunnen in der Überdeckten Zone des Tiefen Karsts anders als bei einer Karstquelle in der Offenen Zone des Seichten Karsts.

Für Karstquellen mit ständiger Schüttung wird bei Trockenwetter meist das Exponentialmodell zutreffen. Diesem Modell liegt die Vorstellung zugrunde, dass die Anteile der einzelnen Wasserkomponenten mit zunehmendem Alter exponentiell abnehmen. Sofern jedoch die Schüttung bei einem Niederschlagsereignis stark zunimmt und dabei ein schneller Zufluss von Niederschlagswasser über Karstgerinne erfolgt, wird die Exponentialverteilung von einer zusätzlichen jungen Komponente überlagert. Diese Situation kann durch eine Parallelschaltung von Exponential- und Piston-Flow-Modell simuliert werden.

Karstgrundwasser in der Überdeckten Zone des Tiefen Karsts erhält infolge der gering durchlässigen Überdeckung des Grundwasserleiters keinen nennenswerten Zufluss von jungem Niederschlagswasser, so dass es letztlich auf dem Fließweg zur Vorflut nur noch altert. Hier trifft als Modellansatz eine Reihenschaltung von Exponential- und Piston-Flow-Modell zu.

Bei der dauerhaften Entnahme des Karstgrundwassers durch Tiefbrunnen können sich je nach der Entnahmetiefe und den Pumpbedingungen die Anteile der verschieden alten Wasserkomponenten ändern. Dies hat zur Folge, dass der gewählte Modellansatz dann möglicherweise nicht mehr zutrifft. Variationen in den Tritiumgehalten können in solchen Fällen entnahmebedingt sein und müssen nicht auf natürliche Änderungen der Isotopengehalte im Karstgrundwasser zurückgehen.

Diese grundsätzlichen Überlegungen zeigen, dass es für einen Karstaquifer kein allgemein gültiges Standardmodell gibt.

Aus der beobachteten geringeren Variationsbreite der Tritiumkonzentrationen im Grundwasser im Vergleich zum Niederschlag ist abzuleiten, dass im Karstgrundwasserleiter eine Durchmischung des infiltrierten Niederschlagswassers erfolgt. Diese ist unterschiedlich stark und von den jeweiligen hydraulischen Verhältnissen abhängig. Treten im Karstgrundwasser trotzdem einzelne hohe Tritiumwerte auf, so sind sie als Hinweis auf eine schnell abfließende Karstgrundwasserkomponente anzusehen („kurzfristiges Karstwasser“, Villinger, 1972).

Grundsätzlich fällt die Diskrepanz zwischen den aus den Tritiummessungen ermittelten vergleichsweise hohen mittleren Verweilzeiten (MVZ) und den aus den Markierungsversuchen ermittelten hohen Fließgeschwindigkeiten (Abstandsgeschwindigkeiten) des Grundwassers auf.

Diese scheinbar widersprüchlichen Befunde sind darin begründet, dass der Karstaquifer als Doppel-Porositätsmedium ausgebildet ist. Dieses kann vereinfacht als ein Gitter aus engen und weiten miteinander kommunizierenden Hohlräumen betrachtet werden. Die hohen MVZ gehen auf die feinere Gesteins- und Kluftporosität zurück, während die hohen Fließgeschwindigkeiten die Folge von hochdurchlässigen, gerinneartigen Karststrukturen sind, die sich besonders in Richtung der Austrittstellen großer Karstquellen entwickelt haben.

Ergebnisse

Grundsätzlich nehmen die mittleren Verweilzeiten (MVZ) des Grundwassers im Oberjura-Karstgrundwasserleiter der Schwäbischen Alb von Norden nach Süden zu (Armbruster et al., 2008). Im Bereich des Seichten Karsts und der Offenen Zone des Tiefen Karsts betragen die mittleren Verweilzeiten in der Regel ca. 2 bis 6 Jahre. Für Brunnen und Quellen mit größeren Einzugsgebieten und damit großen Umsatzräumen liegen die mittleren Verweilzeiten bei 5 bis 15 Jahren. Am Südrand der Schwäbischen Alb im Grenzbereich zum Überdeckten Karst betragen die mittleren Verweilzeiten 10 bis 20 Jahre. Mit zunehmender Überdeckung nach Süden und längeren Fließwegen werden die Wässer wesentlich älter (Heidinger et al., 2019).

Das Grundwasser setzt sich aus kurzfristigen Abflusskomponenten mit mittleren Verweilzeiten von Tagen bis Monaten und einer langfristigen Grundwasserkomponente mit einer Verweilzeit von Jahren zusammen. Die jungen Komponenten in den vergleichsweise flachen Grundwasserzirkulationssystemen steht meist mit Starkniederschlägen oder der Schneeschmelze in Zusammenhang.

Bauer et al. (2002); Selg et al. (2005) sowie Bauer & Selg (2006) haben die am Fließsystem des Oberjuras der Mittleren Alb beteiligten Grundwässer im Hinblick auf ihre Altersstruktur, mittlere Verweilzeit und Komponentenzusammensetzung näher charakterisiert.

Zusammenstellung der Ergebnisse der Altersmodellierung (in Klammern: Werte für beste Anpassung; EM: Exponentialmodell, M(0): tritiumfreie Komponente; Erläuterung der hinterlegten Farben im Text)

*keine optimale Modellierung der älteren Tritiumwerte möglich, vermutlich Änderung der Altersstruktur durch Grundwasserförderung (Bauer & Selg, 2006)

Das Karstgrundwasser der untersuchten Tiefbrunnen der Mittleren Alb setzt sich aus mehreren Komponenten unterschiedlichen Alters zusammen (Bauer & Selg, 2006). Es unterscheidet sich dadurch deutlich von oberflächennah austretenden Karstquellen, an denen keine älteren tritiumfreien Komponenten beteiligt sind (LGRB/HYDROISOTOP, 2000; Bauer et al., 2002).

Die Grundwässer der Mittleren Alb können hinsichtlich der Verweilzeiten und der Zumischung von alten, tritiumfreien Komponenten in vier Gruppen zusammengefasst werden (Bauer & Selg, 2006):

• Quellen und flache Brunnen der Offenen Zone des Tiefen Karsts zeigen eine generelle Zunahme der Grundwasserverweilzeit von Norden nach Süden (z. B. QF Weidmannstal, Urspringtopf, Springequelle, QF Glastal, Obere Fischerquelle, Zwiefalter Achquelle, Kesselquelle, Br. Anhausen, Biberquelle, hellgrün hinterlegt).
• Tiefbrunnen und Quellen der Offenen Zone des Tiefen Karsts bzw. des Grenzbereichs zur Überdeckten Zone waren 2006 durch ein Mischsystem aus einer jungen, tritiumführenden Grundwasserkomponente und einer alten, tritiumfreien Komponente charakterisiert (TB Munderkingen 1, TB Zwiefaltendorf, TB Ringingen, TB Emeringen, TB Stundenstein, Biberquelle, Blautopf, Biberquelle, grau hinterlegt). Die MVZ der jungen Komponente beträgt ca. 10–20 Jahre. Mit einem Anteil von 70 bis 90 % dominiert sie den Gesamtabfluss des Mischsystems deutlich. Je nach lokaler Situation kann z. T. relativ oberflächennah zirkulierendes Grundwasser beteiligt sein, das an die rezenten Neubildungsprozesse angeschlossen ist. Der ¹⁴C-Gehalt am TB Munderkingen 1 zeigt, dass es sich bei der tritiumfreien Komponente um ein wenige hundert bis maximal 2000 Jahre altes Grundwasser handelt.
• Quellaufbrüche und Tiefbrunnen im Übergangsbereich von Offener zu Überdeckter Zone des Tiefen Karsts nahe der Donau (TB Rottenacker 1 und 2, TB Kehr, TB Gamerschwang, TB Österberg, Bohrung Warme Quelle, Venturenquelle, dunkelgrün hinterlegt). Die Grundwässer dieser Gruppe werden ebenfalls durch ein Zweikomponentensystem mit tritiumführender und tritiumfreier Komponente charakterisiert, jedoch ist der Anteil der alten, tritiumfreien Komponente deutlich erhöht (40–70 %). Die Verweilzeit der Jungwasserkomponente ist für die meisten Standorte mit 25–35 Jahren auch relativ hoch. Durch die Nähe zum regionalen Vorfluter Donau sind an diesen Standorten bevorzugt aufsteigende Grundwasserströme zu erwarten, wodurch hier tief zirkulierende, alte Grundwasserkomponenten dominieren. Wie die ¹⁴C-Gehalte der TB Kehr und Österberg zeigen, sind für die alten Grundwasserkomponenten Verweilzeiten von rund 5000 Jahren anzunehmen (LGRB/HYDROISOTOP, 2004). Wahrscheinlich handelt es sich dabei um Mischwässer aus einer nördlichen und einer südlichen (thermalen) Komponente. Hierauf weisen auch die erhöhten Temperaturen der entsprechenden Karstwässer hin.
• Überdeckte Zone des Tiefen Karsts, thermale Grundwasserkomponente (TB Donaustetten, orange hinterlegt). Dieser Tiefbrunnen erfasst ausschließlich altes, sehr langsam zirkulierendes Karstgrundwasser. Das Grundwasser ist typisch für ein Austrittsgebiet von tiefen Komponenten aus dem Oberjuragrundwasserleiter des zentralen Molassebeckens (Bertleff, 1986).

Kohlenstoff-14/Kohlenstoff-13 (¹⁴C/¹³C)

Das radioaktive Kohlenstoffisotop ¹⁴C wird in den höheren Luftschichten ständig neu gebildet. Es nimmt als Kohlendioxid ¹⁴CO₂ am atmosphärischen Kohlenstoffkreislauf teil. Die natürliche atmosphärische Gleichgewichtsaktivität von ¹⁴C in der oberen Atmosphäre entsprach im Jahr 1950 ungefähr 13,6 dpm/g Kohlenstoff (dpm/g: Zerfälle pro 1 Gramm Kohlenstoff in 1 Minute) und wird international auf 100 pmC (percent of modern Carbon) bzw. 100 %-mod. festgelegt. Mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren zerfällt das radioaktive Kohlenstoffisotop ¹⁴C wieder zu Stickstoff.

Während der oberirdischen Kernwaffentests in den 1950er Jahren erhöhte sich der ¹⁴C‑Gehalt des atmosphärischen CO₂ im Jahre 1963 auf die doppelte Konzentration von 1950. Seither nimmt die ¹⁴C‑Aktivität wieder ab.

Methodik

Atmosphärisches ¹⁴C wird in Form von ¹⁴CO₂ im Niederschlagswasser gelöst und gelangt in den Untergrund. In der gesättigten Bodenzone wird der Austausch mit der Atmosphäre unterbunden und die ¹⁴C‑Aktivität („¹⁴C‑Anfangsgehalt“) nimmt in der Folge durch den radioaktiven Zerfall ab.

Bei der Anwendung der ¹⁴C‑Methode muss berücksichtigt werden, dass es während der Passage des Grundwassers im Untergrund zu geochemischen Prozessen (Lösung und Ausfällung von Karbonaten) und Verlusten von ¹⁴C durch Diffusion in das Wirtsgestein kommen kann. Zur Rekonstruktion der Kohlenstoffevolution (z. B. Karbonat-Kohlendioxid-Gleichgewicht) wird deshalb das stabile Kohlenstoffisotop ¹³C bei der ¹⁴C‑Interpretation herangezogen (Interreg IIIA, 2008).

Ergebnisse

Die meisten untersuchten Karstgrundwasserproben der Mittleren Alb besitzen Kohlenstoff‑14-Gehalte zwischen 70 % und 90 % modern, d. h. typische Werte für junges Wasser (Geyh & Groschopf,1978).