Satelliten zeigen: Das Grundwasser schwindet stärker als gedacht

Grundwasser versorgt weltweit Felder, Städte und Industrie, doch wie schnell die Vorräte unter der Erde schrumpfen, weiß kaum jemand genau. In vielen Trockenregionen fehlen Brunnenmessnetze oder liefern nur lückenhafte Daten. Deshalb verfolgen die NASA-Satelliten GRACE und GRACE-FO seit 2002 aus dem Orbit, wie sich die Wassermasse auf den Kontinenten verändert. Ein Team vom NASA Goddard Space Flight Center um Mary Michael O’Neill hat diese Messungen nun mit einer neuen Methode ausgewertet. Die regionalen Wasserverluste fallen darin im Mittel 33 Prozent größer aus als in herkömmlichen Auswertungen. Die Studie erscheint in den Proceedings of the National Academy of Sciences.

Wie Satelliten Wasser unter der Erde wiegen

Die beiden Satelliten eines Paares fliegen hintereinander um die Erde. Verschiebt sich unter ihnen Wassermasse, etwa im Boden, in Seen oder im Grundwasser, ändert sich das Schwerefeld, und der Abstand zwischen den Satelliten schwankt minimal. Standardverfahren rechnen diese Daten zu monatlichen Karten um und glätten Veränderungen dabei über Flächen von mehr als 120.000 Quadratkilometern. O’Neill, Matthew Rodell und Bryant Loomis griffen stattdessen auf die Rohdaten der Abstandsmessung zurück. Mit einer sogenannten gestapelten Regression berechneten sie langfristige Trends für den Zeitraum von April 2002 bis November 2025. Die Auflösung liegt bei etwa 12.500 Quadratkilometern, und Verluste, die gröbere Karten verwischten, treten deutlicher hervor.

40 Regionen mit menschlichem Fingerabdruck

Insgesamt fanden die Forscher:innen 94 Regionen mit statistisch auffälligen Veränderungen. In 40 davon deuten räumliche Zusammenhänge mit Bewässerung, Regenfeldbau, Entwaldung oder Stauseen auf einen wesentlichen Einfluss des Menschen hin. Die Verluste summieren sich dort auf 3.122 Milliarden Tonnen Wasser, die Zugewinne in anderen untersuchten Gebieten auf 2.432 Milliarden Tonnen. Diese Zahlen gelten nur für die ausgewählten Regionen und ergeben keine globale Bilanz aller Grundwasservorräte.

Nordindien, Saudi-Arabien und die High Plains

Den größten Verlust verzeichnet Nordindien: Die gesamte Wasserspeicherung dort sinkt jährlich um 32,4 Milliarden Tonnen. Nach Abzug der Gletscherverluste bleiben rund 27,5 Milliarden Tonnen pro Jahr. Für eine untersuchte Region in Saudi-Arabien errechnet das Team etwa 12,7 Milliarden Tonnen, für den Süden der US-amerikanischen High Plains rund 5,9 Milliarden Tonnen. Dort stammt das Wasser auf mehr als 80 Prozent der bewässerten Flächen aus dem Grundwasser. Starke Verluste decken sich vielfach mit ausgedehnten Bewässerungsgebieten.

Der Mensch vergrößert regionale Wasserspeicher aber auch. Die Satelliten verfolgten, wie sich große Stauseen füllten, etwa am Blauen Nil in Äthiopien. In Teilen Afrikas und Südamerikas wachsen die Vorräte in Gebieten mit Regenfeldbau oder veränderter Vegetation. Die Ursachen sind verschieden: Mancherorts begünstigen neue Pflanzenbestände die Versickerung, anderswo spielen stärkere Niederschläge eine Rolle. Ein statistischer Zusammenhang belegt deshalb noch keine bestimmte Landnutzung als Auslöser.

Was die Daten nicht verraten

Die Satelliten messen die Veränderung der gesamten Wassermasse einer Region und keine einzelnen Grundwasserspeicher. Brunnendaten zur Gegenprobe fehlen oft. Außerdem liefert die Methode vor allem Langzeittrends und keine Schwankungen von Jahr zu Jahr. Wie viel Grundwasser an einem Ort noch bleibt, lässt sich aus den Veränderungen allein nicht ablesen. Die Autor:innen sehen in dem Verfahren dennoch eine Grundlage für künftige Schwerefeldmissionen, die Veränderungen des Süßwassers über Jahrzehnte unabhängig verfolgen sollen. Besonders gefährdete Wasserressourcen ließen sich damit gezielter überwachen.