Oberrhein-Aquifer

Bedeutung und Lage

Der Oberrhein-Aquifer ist ein großer Grundwasserleiter, also ein wasserführender geologischer Körper. Mit einem geschätzten Volumen von 45 Milliarden Kubikmetern gehört er zu den bedeutendsten Grundwasserleitern Mitteleuropas. Der Wasserspiegel liegt meist nur wenige Meter unter der Erdoberfläche; in Flussauen, Auftriebsquellen und Seen kann Grundwasser auch oberirdisch auftreten. Der Flurabstand, also der Abstand zwischen Geländeoberfläche und Grundwasserspiegel, ist jedoch regional sehr unterschiedlich und im Süden des Oberrheingrabens größer.

Geografisch folgt der Aquifer ungefähr dem Oberrheingraben. Er reicht von der deutsch-schweizerischen Grenze am Rheinknie bei Basel unter Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz und Hessen bis zum Rheinknick bei Mainz. Dort lenkt das Rheinische Schiefergebirge den Rheinlauf nach Westen ab. Ausläufer liegen außerdem im Elsass, östlich der Vogesen.

Geologischer Aufbau

Der Oberrheingraben ist eine lang gestreckte, durch Verwerfungen begrenzte Hohlform. Er entstand, weil sich ein Teil der Erdkruste durch tektonische Prozesse absenkte. Neben dem ostafrikanischen Grabensystem und dem Jordangraben zählt er zu den weltweit markantesten Grabensystemen.

Die Absenkung begann vor über etwa 50 Millionen Jahren, zunächst langsam und später schneller. Bis heute senkte sich der Graben um bis zu 3500 Meter ab. Gleichzeitig wurden die Ränder um bis zu 2500 Meter angehoben; daraus entstanden unter anderem Schwarzwald und Vogesen. Durch Hebung und Erosion wurde in Mittelgebirgen wie Taunus, Schwarzwald, Odenwald und Vogesen altes kristallines Grundgebirge freigelegt.

In den letzten 45 Millionen Jahren lagerten sich durch diese Entwicklung etwa 19.000 Kubikkilometer Gesteinsmaterial als Sediment im Oberrheingraben ab. Die absinkende Ebene zerbrach in unterschiedlich große Schollen. Sichtbare Reste sind zum Beispiel Hügel des Markgräflerlandes, der Tuniberg und der östliche Teil des Kaiserstuhls bei Freiburg im Breisgau.

Grundwasser und Schutz

Der Aquifer ist innerhalb der beteiligten deutschen Bundesländer in verschiedene Grundwasserkörper gegliedert, die wiederum in hydrogeologische Teilkörper unterteilt sind. Hydrogeologie beschreibt die Eigenschaften und Bewegungen von Grundwasser im Untergrund.

Seit 1993 arbeitet die länderübergreifende Organisation für Grundwasserschutz am Rhein (LOGAR) an gemeinsamen Datengrundlagen und Kriterien zur Bewertung des Grundwassers. Dabei werden auch Erkenntnisse über Bewegung und Verfrachtung von Schadstoffen in Grundwasserströmen gewonnen.

Im oberflächennahen Bereich sind die Verhältnisse teilweise sehr komplex. Grundwasser und Oberflächenwasser aus Flüssen beeinflussen sich gegenseitig: Oberflächenwasser kann in den Grundwasserkörper eindringen oder aus ihm austreten und dadurch Schadstoffgehalte verändern. Grenzwerte der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) werden teilweise überschritten, weshalb der Oberrhein-Aquifer dort als gefährdeter Grundwasserkörper gilt.

Der Grundwasserleiter besteht vor allem aus sehr durchlässigen sandig-kiesigen Schichten. Dazwischen liegen weniger durchlässige Schichten aus Ton, Schluff oder Feinsand. Diese können einzelne Abschnitte hydraulisch trennen; tiefere Grundwasserschichten sind dadurch teilweise besser gegen Verunreinigungen von der Oberfläche geschützt.

Nutzung des Wassers

Vom Volumen her gilt der Oberrhein-Aquifer im Allgemeinen als sicher, weil er starken Zustrom erhält. Die Grundwasserneubildungsrate kann bis zu 6 Meter pro Jahr betragen. Die Erneuerung durch Niederschläge sowie durch Austausch mit Rhein und Nebenflüssen beträgt etwa 3 Milliarden Kubikmeter pro Jahr.

Zwischen Basel und Rastatt deckt das Wasser des Aquifers drei Viertel des Trinkwasserbedarfs von über drei Millionen Menschen im Elsass und in Baden-Württemberg. Außerdem liefert es mehr als die Hälfte des Wassers, das die lokale Industrie benötigt. Die Entnahme von Trink- und Brauchwasser für Industrie und Landwirtschaft beträgt etwa 0,5 Millionen Kubikmeter pro Jahr.

Die Landwirtschaft in der Rheinebene nutzt ebenfalls große Wassermengen, besonders bei Maismonokulturen sowie Erdbeer- und Tabakanbau. Auch der Kiesabbau greift in die Grundwasserlandschaft ein: Im mittleren Oberrheingebiet liegen bedeutende europäische Kiesvorkommen mit einer Mächtigkeit von bis zu 300 Metern. Durch Kiesabbau entstanden viele Baggerseen, die meist vom Grundwasser gespeist werden und deshalb für den Grundwasserschutz wichtig sind.

Belastungen und Schadstoffe

Der Aquifer ist durch verschiedene Stoffe belastet. Landwirtschaftliche Düngung verursacht erhöhte Chlorid- und Nitratwerte. Nitrat kann bei Säuglingen und Menschen mit untypischer Darmflora im Darm zu giftigem Nitrit umgewandelt werden; außerdem können im Magen-Darm-Trakt krebserregende Nitrosamine entstehen. 2003 lag die durchschnittliche Nitratkonzentration an über 1000 Messstellen bei 29 mg/l. Der europäische Richtwert von 25 mg/l wurde an 36 % der Messstellen überschritten, der Trinkwassergrenzwert von 50 mg/l an 15 %, auch in Tiefen von über 40 Metern. 2010 überschritten die Nitratwerte weiterhin teils die EU-Norm für Trinkwasser und lagen stellenweise doppelt so hoch wie zulässig.

Pflanzenschutzmittel wie Atrazin, Desethylatrazin, Simazin und Diuron sind im Grundwasser am Oberrhein fast überall nachweisbar. Im Elsass wurden Trinkwassergrenzwerte bei Atrazin an 13 % und bei Desethylatrazin an 17 % der Messstellen überschritten. Atrazin ist in Deutschland seit 1991 verboten, war 2003 aber noch in 40 % der Messstellen nachweisbar; an 4 % wurde der Grenzwert überschritten. Seit 2003 wurde außerdem Methyltertiärbutylether (MTBE) gefunden: Fast jede sechste Messstelle zeigte Nachweise, allerdings in derzeit unbedenklichen Mengen nahe der Nachweisgrenze.

Industrieabfälle und Giftmüll stellen weitere Risiken dar. Im Dreiländereck bei Basel, Mülhausen und Weil am Rhein lagern viele chemische Abfälle in ehemaligen Deponien. Nach 1945 wurden auch Baggerseen als Müllkippen genutzt, teils für Giftmüll. Ein Beispiel ist ein Schuttloch in Teningen, in das eine Kondensatorenfabrik und ein Aluminiumwalzwerk Abfälle kippten; dabei wurden unter anderem Dioxin und Polychlorierte Biphenyle (PCB) ins Grundwasser eingetragen.

Beim Chemieunfall 2002 in Chalampé meldete Rhodia zunächst einen kleinen Austritt von Cyclohexan. Später wurden erst 400 Tonnen eingeräumt; Behörden gingen schließlich von etwa 1200 Tonnen aus, ungefähr dem Inhalt der Kesselwagen eines 300 Meter langen Zuges. In Stocamine, Frankreichs einzigem Endlager für Sondermüll auf dem Gelände des ehemaligen Kalischachtes Joseph-Else bei Wittelsheim, lagerten über 44.000 Tonnen hochgiftiger Industrieabfälle. Am 10. September 2002 brannten dort 1.500 Tonnen Abfälle zwei Monate lang; 2003 wurde die Deponie geschlossen. Obwohl sie von Kalisalz umhüllt ist, sind Deckgebirge gesenkt und Wasser eingedrungen.

Weitere Eingriffe und Risiken

Der frühere Kalisalzabbau belastet den Aquifer stark mit Salz. Im südbadischen Teil des Oberrheingrabens wurde seit Beginn des 20. Jahrhunderts Kalisalz für Dünger und Streugranulat abgebaut; als Abfall fiel Natriumchlorid an. In Heitersheim werden in einer gesicherten Kalihalde noch 30.000 Tonnen NaCl vermutet. Aus der Halde bei Buggingen gelangen nach Angaben im Artikel etwa 4.200 Tonnen Salz pro Jahr in die Umgebung. Größere Belastungen stammen aus dem elsässischen Kalibecken bei Mülhausen. Aus offenen, undichten Zwischenlagerbecken auf der Fessenheimer Rheininsel konnten rund eine Million Tonnen Salz ins Grundwasser versickern. 2002 wurden wenige Kilometer unterhalb bis zu 50 Gramm Salz pro Liter Grundwasser gemessen; 2008 lagen Konzentrationen bei etwa 30 g/l. Meerwasser enthält durchschnittlich 35 g/l.

Der Rheinseitenkanal, der Grand Canal d’Alsace, beeinflusst den Grundwasserstand. Der etwa 20 Kilometer lange Kanal beginnt nördlich von Basel und verläuft auf elsässischem Gebiet parallel zum Rhein. Er entzieht dem Flussbett so viel Wasser, dass der Grundwasserspiegel beiderseits des Rheins stark sank: im Süden nach dem Bau in den 1960er Jahren um etwa 7 Meter, weiter nördlich bei Breisach um bis zu 2 Meter. Dadurch entstand eine neue Kulturlandschaft, unter anderem mit Trockenauen.

Auch Energie- und Rohstoffnutzung spielen eine Rolle. Geothermische Energie gilt nach deutschem Bergrecht als bergfreier Rohstoff; für Aufsuchung und Gewinnung gelten Erlaubnis- und Bewilligungspflichten nach dem Bundesberggesetz, und Anlagen in grundwasserführenden Schichten sind wasserrechtlich erlaubnispflichtig. Das trinationale Projekt GEORG soll durch ein dreidimensionales Computermodell die Erdwärmenutzung im Oberrheingraben sicherer machen. Zentral auf dem Aquifer stand am Rheinseitenkanal das französische Kernkraftwerk Fessenheim, dessen zweiter Reaktorblock Ende Juni 2020 stillgelegt wurde.