Innovative Geophysik für verbesserte Karstwassermodellierung

Die dargestellte Forschungsinitiative ist in einem Themenkreis von wachsender globaler Bedeutung angesiedelt. Er umfasst die Erforschung der irdischen Grundwasserressourcen, ihrer Verfügbarkeit und neue Strategien ihrer regenerativen Nutzung für Kultur und Natur. Um solche Strategien zu entwickeln, benötigt man ein möglichst detailliertes und konsistentes Bild der Dynamik maßgeblicher Grundwasserregime der Erde. Einen besonderen Typ stellen die ausgedehnten Karstgebiete dar. Sie umfassen 12% der Erdoberfläche und beinhalten geschätzt 25% des Grundwassers. Hier soll ein an der Ostküste gelegener Teil des Karstes der mexikanischen Halbinsel Yucatan mit einem neuen methodischen Ansatz untersucht werden. Die beabsichtigte Studie betrifft speziell das Sian Ka`an Biosphere Reserve, ein im Jahre 1986 von der UNO zum Weltnaturerbe erhobenes Gebiet, ausgezeichnet durch ursprüngliche Flora, Fauna und ausgedehnte Karsthöhlensysteme - aber auch das angrenzenden Tulum, eine Kleinstadt, für die ein massiver Entwicklungsplan mit Zielrichtung Tourismus erarbeitet wird. Der neue methodische Ansatz beruht im Wesentlichen auf einer innovativen Kombination bewährter Techniken - namentlich der Grundwassermodellierung und der Aerogeophysik. Erstmals sollen aerogeophysikalische Modelle Parameter für die Grundwassermodellierung liefern. Die Signifikanz dieser Daten hat sich in Voruntersuchungen und Modellrechnungen bereits erwiesen. Die Hypothese ist also: Für ausgedehnte, schwer zugängliche Messgebiete im Karst kann die Aerogeophysik effektiv flächendeckend Daten liefern, die die Qualität von Grundwassermodellen entscheidend verbessern. Um diese Hypothese einer umfassenden und nachvollziehbaren Prüfung zu unterziehen, bedarf es eines Messgebietes mit möglichst einfacher Geologie und unabhängig erstellten Daten über die lokale Karst-Hydro(geo)logie. Beides ist im Falle von Sian Ka`an gewährleistet. Ein ausreichend großer Bereich der Höhlensysteme ist geodätisch vermessen. In der ersten Phase soll ein Testareal aerogeophysikalisch vermessen werden. Diese Daten sollen gemeinsam mit traditionellen hydrogeologischen Messungen analysiert werden und die Trainings-Basis für ein neuronales Netzes bilden, das die für das Grundwassermodell bestimmenden Parameter synthetisiert. In der zweiten Phase soll die Methode auf ein größeres Gebiet angewendet werden, für das keine Kontrolldaten mehr existieren. Damit geht das neu entwickelte Verfahren über in den operativen Einsatz. Unmittelbares Resultat der operativen Phase soll ein verbessertes Grundwassermodell als Entscheidungsgrundlage für ein optimiertes Grundwasserressourcen-management in Hinblick auf den Schutz des Weltnaturerbes Sian Ka`an und die sozioökonomische Entwicklung des Umlandes sein. Es ist vor allem aber zu erwarten, dass die gewonnenen Erkenntnisse und die neu entwickelten Modellierungsmethoden zu einem vertieften Verständnis des wichtigen Grundwasserspeichers Karst weltweit beitragen werden. Schließlich kann das entworfene Projekt als Modellfall für eine multidisziplinäre, technologisch hoch stehende und wissenschaftlich verantwortungsvolle Weise stehen, den Themenkreis Grundwasser in Zukunft global zu behandeln - unter Wahrung wirtschaftlicher wie auch unter Bewahrung kultureller und natürlicher Werte.