Exkursion : Grundwasser- und Seespiegelentwicklung in Nordostdeutschland Aktuelle Entwicklung:
Exkursion : Grundwasser- und Seespiegelentwicklung in Nordostdeutschland Aktuelle Entwicklung: Mai 2009 Großer Fürstenseer See / Müritz-Nationalpark (MV) Foto: P. Wernicke Foto: K. Kaiser
Grundwasser- und Seespiegelveränderungen in Nordostdeutschland Knut Kaiser Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) Potsdam A) Sommer 1981 B) Sommer 1987 C) Mai 2009 D) April 2012 Fotos: 1 AK, 2 W. Koch, 3+4 K. Kaiser Uferlinien-/Seespiegeldynamik des oberirdisch (+/-) zu- und abflusslosen Gr. Fürstenseer Sees/MNP (MV) 3
Grundwasser- und Seespiegelveränderungen in Nordostdeutschland Vortragsinhalt 1. Einführung Grafik: S. Ashmarin, The Guardian 2. Projektion die mögliche Zukunft ( spekulative Zeitreihe) 3. Beobachtung die jüngste Vergangenheit (= kurze Zeitreihe) 4. Rekonstruktion die ferne Vergangenheit (= lange Zeitreihe) 5. Schlussfolgerungen Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen Inhalt 4
Grundwasser- und Seespiegelveränderungen in Nordostdeutschland A) Sommer 1981 B) Sommer 1987 C) Mai 2009 D) April 2012? 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 Gr. Fürstenseer See mittl. Wasserstand (MW) Nov 85 Nov 86 Nov 87 Nov 88 Nov 89 Nov 90 Nov 91 Nov 92 Nov 93 Nov 94 Nov 95 Nov 96 Nov 97 Nov 98 Nov 99 Nov 00 Nov 01 Nov 02 Nov 03 Nov 04 Nov 05 Nov 06 Nov 07 Nov 08 Nov 09 Nov 10 Nov 11 Wasserstand Pegel (cm) 1985-2012 Daten: P. Stüve Uferlinien-/Seespiegeldynamik des oberirdisch (+/-) zu- und abflusslosen Gr. Fürstenseer Sees/MNP (MV) 5
Medienschlagzeilen der letzten 10 Jahre 3sat, 30.08.2010 Wassernot: Die Schorfheide trocknet mehr und mehr aus. Ein Vorbote des Klimawandels Hamburger Abendschau 21.07.2005 Wüste Brandenburg. Was tun gegen den Klimawandel? Rundfunk Berlin-Brandenburg, 09.05.2007 Land der Seen auf dem Trockenen Nordkurier, 13.09.2010 Schrumpfende Seen, sinkende Pegel Schweriner Zeitung, 13.09.2010 6 6
Grundwasser- und Seespiegelveränderungen in Nordostdeutschland Schweriner Volkszeitung, 20.09.2010 Nordkurier Strelitzer Zeitung, 28./29.04.2012 Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 1. Einführung 7
Konzeption / Fragen Vergangenheit Gegenwart Zukunft Hydrologischer Parameter?? Rekonstruktion / Monitoring / Projektion Zeit Hydrologisch-ökologische Fragen: Hydrologische Variabilität? (Minima/Maxima/Mittelwerte) Ökosystementwicklung/ Referenzzustand? Foto: R. Mauersberger Seespiegelabsenkung im Gr. Kronsee/ Uckermark (2006) Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 1. Einführung 8
Regionaler hydroklimatischer Hintergrund N KWB (= N-V) Hamburg Potsdam N großflächig 500-600 mm (a.d. Oder lokal 450 mm) zum Vergleich: N Deutschland = 790 mm 1. Einführung HAD 2003 Niederschlag [mm] KWB großflächig <10 mm (a.d. Oder lokal <-100 mm) Nordostdeutschland: Temp Jahr = 8-9 C N Jahr = 500-650 mm 9
Regionaler hydrol. Zusammenhang Grundwasser und See (See = Grundwasserblänke/-fenster ) Einzugsgebiet See mit Grundwasserspeisung Niederschlag Verdunstung Niederschlag Verdunstung Grundwasser -stauer -leiter Grundwasserneubildung Speicheränderung Speicheränderung GW- Zustrom GW- Abstrom Natkhin et al. 2010 Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 1. Einführung 10
Gefährdung von Seen durch Wasserdefizit Hydrol.-ökol. Wirkungskette auf die Wasserqualität in einem grundwassergespeisten See Kaiser et al. 2012a Grundwasserspiegelabsenkung Seespiegel- und Seevolumenverringerung Eutrophierung u.a. Verringerung des Gewässer-, Habitat- und Nutzungswertes www.honchemistry.com Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 1. Einführung 11
Projektion: Niederschlag (a) und Temperatur (b) 2051-60 Huang et al. 2010 Veränderung in der Periode 2051-60 (Projektion mit Klimamodell STAR) verglichen mit der Referenzperiode 1961-90 Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 2. Projektion 12
Projektion: GW-Neubildung in Brandenburg 2040-50 1980-1990 2040-2050 Berlin Berlin Gerstengarbe et al. 2006 Tendenz: Abnahme! Pfade der Energiegewinnung aus Biomasse. Quelle: Hillemeier 2006 Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 2. Projektion 13
Projektion: Seespiegelentwicklung in Brandenburg Beispiel Redernswalder See/Schorfheide (bis 2100) [Emissionsszenario: SRES A1B] Foto: K. Kaiser Seespiegel-Modellierung bei verschiedenen (Wald-) Bestockungszenarien Foto: K. Kaiser Daten: Natkhin 2010 Abb: Kaiser et al. 2012a Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 2. Projektion 14
Aktuelle Grundwasser- und Seespiegelentwicklung Grundwasserspiegel in Brandenburg 1976-2005 Seespiegel grundwassergespeister Seen (Bsp. Gr. Fürstenseer See/MV, 1985-2011) Daten: LUGV 2008 Abb: Germer et al. 2011 Kaiser et al. 2012a Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 3. Beobachtung 15
Hydrologische Seetypen / Ursachen regionaler Grundwasser- und Seespiegelabsenkungen Klimawandel Endsee DWD 2011 Landbedeckung (Wirkung forstlicher Kiefer- Monokulturen) Foto: K. Müller Grundwassersee Mauersberger 2002 Foto: UFZ Hydromelioration/ anthropogenes Abflussregime Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 3. Beobachtung 16
Clusteranalyse von Seespiegelzeitreihen der Meckl. Seenplatte 1999-2008 Daten von 45 Seen aus 3 Großschutzgebieten 1998/99 Typ 1: negativer Trend (dom. Grundwasserseen) nur wenige Zeitreihen vorhanden Typ 2: kein Trend (dom. Fließ- u. Flussseen) Koch et al. in Vorb. Typ 3: positiver Trend (Seen mit Renaturierungsvorhaben) Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 3. Beobachtung 17
Clusteranalyse von Seespiegelzeitreihen der Meckl. Seenplatte 1999-2008 45 Seen aus 3 Großschutzgebieten n=7 (16%) n=15 (33%) n=23 (51%) Farbcode Trend: Rot = negativ Grün = kein Trend Blau = positiv Koch et al. in Vorb. 18 Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 3. Beobachtung
Ursachen der (sub-)rezenten Wasserspiegeldynamik Beispiel Gr. Fürstenseer See ( Typ 1-See ) KWB Neustrelitz Seespiegel Gr. Fürstenseer See Grundwasserspiegel Kl. Trebbow Korrespondenz relativer Minima und Maxima bei den betrachteten Parametern! Kaiser et al. 2012a Hypothese: Kausalkette Klima/KWB Grundwasser See Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 3. Beobachtung 19
Die unbekannte Größe : die langfristige Variabilität des (See-)Wasserhaushaltshalts Meckl. Seenplatte nur wenige Zeitreihen vorhanden 1998/99 Bodensee Koch et al. in Vorb. Pegelaufzeichnung seit 1800 AD! Jöhnk et al. 2004 Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 3. Beobachtung 20
Verlängerung der Zeitreihe (1): Historische Ökologie + Historische Hydrologie Beispiel Moosfenn(-Moor) bei Potsdam (geobotanisch-dendroökologischer Ansatz) www.wikimedia.com Daten: Landgraf 2010 Abb.: Kaiser et al. 2012b Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 4. Rekonstruktion 21
Verlängerung der Zeitreihe (2): Paläohydrologie Geoarchiv-basiert theoretisch im Fokus: alle Komponenten des Wasserkreislaufs Archiv See Archiv Fluss Archiv Moor praktisch im Fokus: Flusstal- und Seebeckengenese, hydrologische Parameter (Abfluss, Seespiegel, Flut- /Niedrigwasser), Hydromorphologie, Rekonstruktion von Klimavariablen beteiligte Disziplinen: Physische Geographie/ Geomorphologie, Geologie/Sedimentologie, Hydrologie, Paläoökologie, Geochronologie, Archäologie Querschnittsdisziplin Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 4. Rekonstruktion 22
Paläohydrologische Methoden Foto: K. Kaiser Foto: K. Kaiser Bohrungen, Aufschlussaufnahmen und Kartierungen Foto: S. Lorenz sedimentologische, geochronologische und paläoökologische Analysen (GIS-)Modellierung Geofernerkundung Analyse historischer Quellen Abb.: S. Lorenz Abb.: M. Küster
Nordostdeutsche Befunde zu See- und Grundwasserspiegelschwankungen der letzten 15.000 Jahre Kaltzeit Warmzeit niedrig hoch Müritz: max. +3 m Krakower See: min. -5m Kaiser (in Vorb.) Kaiser et al. 2012c 24 24
Seespiegelentwicklung des Gr. Fürstenseer Sees in den letzten 800 Jahren Lake area (km2), Lake volume (m3) 35 30 25 20 15 10 5 0 ca. 3 m Seespiegelamplitude in den letzten 800 Jahren (vs. 1.2 m in den letzten 30 Jahren) 1200 AD 1300 AD 1786 AD 1988 AD 2006 AD 2011 AD Jahr 66 65 64 63 62 Lake altitude (m asl) Lake area (km2) Lake volume (m3) Lake altitude (m asl) Kaiser et al. in Vorb. Ursachen-Erforschung? 25
Schlussfolgerungen See- und Grundwasserspiegel weisen in der Region eine erhebliche, mit Blick auf längere Zeiträume (>50 Jahre) noch weitgehend unbekannte Dynamik auf. Daten zur langfristigen hydrologischen Dynamik sind zum Verständnis historischer, aktueller und zukünftiger hydrol.-ökol. Prozesse zwingend erforderlich. Zum Schutz der Seen und Moore sind mit Blick auf den aktuell angespannten und mutmaßlich künftig noch stärker belasteten Wasserhaushalt (weitere) Maßnahmen zum Wasserrückhalt in der Landschaft notwendig. Ein trockengefallener Seepegel im Regen (R. Mauersberger am Tiefen See bei Lychen) (Die außergewöhnlich feuchten Jahre 2011 und 2012 geben keinesfalls Anlass zur Entwarnung ) Grundwasser- u. Seespiegelveränderungen 5. Schlussfolgerungen 26
Anhang folgend 27
Abflussrückgang der Fließgewässer in BE-BB LUA BB 2008 28
(Vom Verschwinden der) Moore (Red. auf 28 %) www.lugv.de www.lugv.de Moorstatistik BB: 2200 km 2 zumeist Versumpfungsmoore 25 km 2 (1 %) der Moore in natürlichem Zustand in 25 a: 70 % Verlust der Versumpfungsmoore in 350 a: BB ist moorfrei aktuell: 30 km 2 renaturiert Moorschwund im Rhinluch / BB 29 29
Ausblick: Gesamtabfluss (b) und Grundwasserneubildung (c) 2051-60 Veränderung in der Periode 2051-60 (Projektion der Modelle STAR und SWIM) verglichen mit der Referenzperiode 1961-90 (Huang et al. 2010) 30