Unterkeuper und unterer Mittelkeuper

Die Erfurt-Formation ist ein schichtig gegliederter Kluft­grundwasser­leiter. Die Grundwasser­führung erfolgt im unteren Profilabschnitt auf den Sandstein­bänken (besonders bei massiger Ausbildung), im oberen Profil­abschnitt in den Dolomit­stein­bänken (Linguladolomit, Grenzdolomit), die bereichsweise verkarstet sein können. Sohl­schicht für die Grund­wasser­führung im Unterkeuper sind die basalen Estherientone. Der Grenzdolomit – der oberste grundwasserführende Horizont inner­halb des Unterkeupers – ist durch unterlagernde Tonsteine (Grüne Mergel) vom übrigen Unterkeuper hydraulisch getrennt. Er führt ein eigenständiges Grund­wasser­­vorkommen und ist hydraulisch eher den Grundgips­schichten der Grabfeld-Formation im Hangenden zuzurechnen.

Die Grabfeld-Formation ist im unverwitterten und unausgelaugten Zustand sowie bei vollständiger Auslaugung und nach­fol­gender Kompaktion überwiegend ein Grund­­wasser­gering­leiter. Eine schicht­gebundene Grund­wasser­führung ist be­schränkt auf die geklüfteten Dolomitsteinbänke (Bochingen-Horizont, Blei­glanz­bank). Die zwischen den Dolomitsteinbänken liegenden, gering durchlässigen Tonsteinschichten bewirken eine Stockwerkstrennung. Im verwitterten und ausgelaugten Zustand ist die Grabfeld-Formation im Bereich der aktuellen Auslaugungszone insbesondere in den Grundgipsschichten ein Kluft- bis Karstgrundwasserleiter mit einer z. T. erheblichen Grundwasserführung über dem oberen Gipsspiegel. Ansonsten kann sie bereichsweise als schichtig gegliederter, zellig poröser Grundwasserleiter ausgebildet sein. Sind die Grundgipsschichten ausgelaugt, bilden sie mit dem Grenzdolomit der Erfurt-Formation ein Grundwasserstockwerk.

Der geometrische Mittelwert der Transmissi­vität beträgt für Erfurt-Formation und Grabfeld-Formation 3,4 · 10^‑4 m²/s bei einem Stichprobenumfang von n = 187. Im Unterkeuper schwankt die Transmissivität zwischen 1 · 10^‑6 und 1 · 10^‑2 m²/s und liegt im Mittel bei etwa 1 · 10^‑4 m²/s (Werte für den Raum Stuttgart) (Brunner, 1998b). Die höchsten Ergiebigkeiten finden sich bei Heilbronn (HGK, 1995).

Für die einzelnen dolomitischen Bänke der Grabfeld-Formation wurden mittlere Trans­missivitäten von 5 · 10^‑5 m²/s (Bleiglanzbänke) und 1 · 10^‑4 m²/s (Bochingen-Bänke, Wertebereich etwa zwischen 1 · 10^‑3 und 1 · 10^‑5 m²/s) bestimmt. In Gebieten mit Gipskarst ist die Transmissivität häufig höher und be­trägt zwischen 2 · 10^‑3 und 7 · 10^‑3 m²/s. Bei günstigen Bedingungen können Brunnen mehr als 20 l/s liefern.

Deutlich geringer ist die Transmissivität (1 · 10^‑6 bis 1 · 10^‑4 m²/s) in Ge­bieten mit erosiv stark reduzierter Mächtigkeit und wieder er­folgter Kompaktion oder in Gebieten mit mächtiger Über­deckung aus höherem Keuper. Ebenso ist die Transmissivität geringer in Gebieten, wo Grundwasser der Grabfeld-Formation infolge tektonischer Störungen oder Auflockerung in tiefere Stockwerke absinken kann (HGK, 1995).

Im Verbreitungsgebiet von Erfurt-Formation und Grabfeld-Formation beträgt die lang­jährige mittlere Grundwasser­neubildung aus Niederschlag (Standardperiode 1981 bis 2001) G_m = 4,2 l/s km². Das entspricht, bezogen auf die Ausstrichfläche von etwa 4 650 km², einer Neubildung von ca. G_f = 19 500 l/s. Auf den zum Teil löss­bedeckten Hochflächen erfolgt die Grundwasser­neubildung über flächen­hafte Infiltration des Niederschlags. Bei Überlagerung durch jüngere Festgesteine erfolgt die Grundwasserneubildung in geringem Umfang auch durch vertikale Zusickerung.

Liegt die Aquiferbasis über dem Vorflutniveau, entwässert das Keuper-Grundwasser über Schicht­quellen und sinkt in den Oberen Muschel­kalk. Die Quellschüttungen betragen meist 1 bis 2 l/s, sie liegen bei größeren Ein­zugsgebieten auch deutlich höher. Eine Reihe von Gipskarstquellen erreichen mittlere Schüttungen von über 10 l/s. Die Ergiebigkeiten der Brunnen weisen oft Werte kleiner 5 l/s auf. In ausgelaugt und wieder kompaktierten Bereichen oder in Bereichen, wo das Grundwasser an tektonischen Störungen oder Auflockerung in tiefere Stockwerke absinken, liefern die Brunnen nur 0,01 bis 0,5 l/s (HGK, 1995).

In den Neubildungsgebieten sinkt Unterkeuper-Grundwasser in den Oberen Muschel­kalk ab. Bereichsweise ist ein Aufstieg von Muschelkalk-Grundwasser in den Unterkeuper möglich (HGK, 1995).

In der Erfurt-Formation kommt normal erdalkalisches, hydrogenkarbonatisches Grund­­wasser vor. Der mediane gelöste Feststoffinhalt eines anthropogen weit­gehend unbe­einflussten Unterkeuper-Grundwassers beträgt 651 mg/l. Überwiegend gesteinsbürtig als Folge der Lösung von Dolomit sind die medianen Konzentrationen von Calcium (104 mg/l), Magnesium (39,8 mg/l) und Hydrogenkarbonat (357 mg/l). Dies entspricht einer medianen Karbonathärte von 16,4 °dH. Die mediane Gesamthärte beträgt 8,48 mmol(eq)/l, das sind ca. 23,74 °dH. Die mediane Konzentration von Sulfat beträgt 61,9 mg/l, die von Chlorid 13 mg/l (Plum et al., 2009a).

Bei vollständiger Auslaugung des Sulfatgesteins führt die Grabfeld-Formation normal erd­alkalisches, überwiegend hydrogenkarbonatisches Grundwasser (Plum et al., 2008). Alle geogen bedingten medianen Konzentrationen von Calcium (114 mg/l), Magnesium (46,8 mg/l), Kalium(1,7 mg/l), Natrium (6,74 mg/l), Hydrogen­karbonat (462 mg/l) und Chlorid (18 mg/l) liegen in der gleichen Größenordnung wie im Grundwasser aus der Erfurt-Formation. In Gebieten mit aktiver Sulfat­auslaugung ist das Grundwasser meist normal erd­alkalisch, überwiegend sulfatisch mit einer medianen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von 827 μS/cm (bei 25 °C) (Plum et al., 2008; Plum et al., 2009a). Die Calcium- und Sulfat­konzentrationen reichen bis in den Gips-Sättigungsbereich.

Dort, wo die Erfurt-Formation an der Erdoberfläche ansteht, sind die Böden sandig-lehmig. Im Bereich exponierter Kanten kommen flachgründige dolomitisch-tonige Verwitterungs­decken vor.

Über der Grabfeld-Formation finden sich überwiegend schwere kalk­haltige Böden, die zur Aus­trocknung neigen. Dabei entstehen breite Schrumpf­risse, sowie in den flachen Lagen an­moo­rige Böden, zum Teil mit Seekreide und zähem blau­schwarzem Ton. Da­neben sind in diesen Gebieten Misch­böden mit Löss­anteilen verbreitet.

Erfurt-Formation und Grabfeld-Formation sind in weiten Bereichen von bis zu 10 m mächtigem Löss und Löss­lehm überdeckt. Da die grund­wasser­führenden Horizonte in der Erfurt-Formation und in der Grabfeld-Formation in Wechsel­lagerung mit Grund­wasser­gering­leitern auftreten, ergibt sich nur bei un­mittel­bar anstehenden Grund­wasser­leitern eine geringe Schutz­funktion der Grund­wasser­über­deckung. Ansonsten sind mehr oder weniger gering­durchlässige tonig-schluffige Gesteine in der ungesättigten Zone unter dem Boden verbreitet.

Das Grundwasser in der Grabfeld-Formation wird von Mineralwasserbetrieben in erheblichem Umfang genutzt und als Mine­ralwasser vermarktet. Teilweise wird auch das Grundwasser in der Erfurt-Formation (Unterkeuper) genutzt. Das Grundwasser in diesen Schichtfolgen wird in der Regel durch Bohrungen erschlossen. Die zu Brunnen ausgebauten Bohrungen werden häufig als „Quelle“ bezeichnet, obwohl das erschlossene Grundwasser in der Regel nicht – wie bei einer Quelle im eigentlichen Sinn – natürlich frei an der Geländeoberfläche ausläuft. In den meisten Fällen muss das Grundwasser aus der Tiefe gepumpt werden.  Mehrere solcher Mineralbrunnen oder Quellen können zusammengefasst und als „Quellnutzungen“ betrieben werden.

Als Beispiele können die Mineralwasserbetriebe in Rohrau, Ensingen, Löwenstein-Teusserbad, Sachsenheim und Rietenau genannt werden.