Süßwasser unter dem Ozean – in den 1960er-Jahren staunten die Forschenden nicht schlecht, als sie ihre Daten auswerteten: Sie zeigten eindeutig, dass es unter dem Meeresboden Wasser gibt, das dem Grundwasser an Land ähnelt.

Wie kam das Süßwasser unter den Ozean? Und wie lange ist es schon da?

Seit dieser Entdeckung versuchen Forschende, Antworten auf diese Fragen zu finden. Im Mai ist ein internationales Team von Wissenschaftler:innen auf eine Expedition gestartet, um das unter dem Meeresboden gespeicherte Süßwasser genauer zu untersuchen und Proben zu nehmen. Prof. Karen Johannesson von der University of Massachusetts Boston und Prof. Brandon Dugan von der Colorado School of Mines sind die Fahrtleiter dieser internationalen Expedition. Die Proben werden mit dem Hubschiff Robert gewonnen, das am 19. Mai aus dem Hafen von Bridgeport ausgelaufen ist. Wissenschaftlich ist Dr. Verena Heuer vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen an dem Projekt beteiligt.

Der blaue Planet

70 Prozent der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt, aber auch unter der Oberfläche fließt Wasser. Die meisten Küstengemeinden beziehen ihr Trinkwasser aus Grundwasserleitern an Land. Dass diese versalzen können, wenn Meerwasser in sie eindringt, ist seit langem bekannt. Umgekehrt wissen wir bisher nur wenig darüber, dass sich von der Küste aus Grundwasserleiter mit Süßwasser kilometerweit durch den Meeresboden ziehen.

Obwohl Süßwasservorkommen im Meeresboden an vielen Orten der Welt vorkommen, sind sie bisher praktisch unerforscht. Dies wird sich durch die Forschungsarbeiten ändern, die während dieser Expedition in Kooperation vom Internationalen Ozeanbohrprogramm IODP³ mit der US National Science Foundation (NSF) durchgeführt werden. Auf der IODP³-NSF-Expedition 501 Hydrogeologie des Neuengland-Schelfs werden Forschende zum ersten Mal Wasser- und Sedimentproben aus dem Meeresboden des Neuengland-Schelfs entnehmen, um dieses Offshore-Aquifersystem zu verstehen.

Hypothesen über die Herkunft des Wassers testen

Für das internationale Forschungsteam hat es Priorität, mehr Erkenntnisse über den Ursprung des frischen Grundwassers in Offshore-Aquiferen zu gewinnen, damit sie die bestehenden Hypothesen bestätigen oder verwerfen können.

Umweltgeochemikerin Karen Johannesson: „Bislang wissen wir nur sehr wenig über die Dynamik dieser küstenquerenden Grundwassersysteme und das Alter des Wassers in diesen Systemen und noch weniger über ihren Einfluss auf den Kreislauf von Nährstoffen und Spurenelementen und deren Isotope.“

Derzeitige Hypothesen lauten beispielsweise, dass Niederschläge die Grundwasservorkommen zu einer Zeit aufgeladen haben könnten, als der Meeresspiegel 100 Meter niedriger war als heute, oder dass während einer Eiszeit, wie sie vor etwa 450.000 und etwa 20.000 Jahren herrschte, Schmelzwasser unter einem Eisschild oder aus einem vorglazialen See in den heute unter dem Meer liegenden Grundwasserleiter eingedrungen ist.

Hydrogeologe Brandon Dugan: „Wir haben anekdotische Hinweise auf küstennahes, frisches Grundwasser aus Proben und geophysikalischen Meeresuntersuchungen. Wir haben diese Hinweise genutzt, um Hypothesen über den Zeitpunkt und den Mechanismus der Einlagerung zu entwickeln. Es ist spannend, etablierte wissenschaftliche Ansätze für Meeresbohrungen mit modernen Datenanalysen zu nutzen, um unsere Hypothesen direkt zu testen. Insgesamt wird uns diese Arbeit vor der Küste Neuenglands helfen, das küstennahe Grundwasser auf der ganzen Welt besser zu verstehen. „

Ablauf der Probebohrungen

Die Expedition hat am 19. Mai begonnen. Mit einer speziellen Plattform, dem Hubschiff L/B Robert, das für diese Expedition mit einer kleinen Bohranlage ausgestattet ist, werden die Sedimente unter dem Meeresboden an bis zu drei Stellen des Neuengland-Schelfs vor der Küste von Massachusetts, USA, erforscht. Diese Lokationen befinden sich in relativ flachem Wasser und wurden durch zahlreiche geowissenschaftliche Voruntersuchungen definiert. Sedimentkerne und Wasserproben werden bis zu einer maximalen Tiefe von 550 Metern unter dem Meeresboden entnommen und von Forschenden verschiedener Disziplinen aus der gesamten internationalen Wissenschaftsgemeinschaft untersucht. Am MARUM hat das das ECORD Science Operator-Team die Expedition über Jahre mit vorbereitet und ist nun mit mobilen Container-Laboren auf See und später in Bremen beteiligt.

Besseres Verständnis der Grundwasserleiter weltweit

Das Wissenschaftsteam geht davon aus, dass die gewonnenen Daten dazu beitragen werden, die Prozesse besser zu verstehen, die zur Einlagerung und Erhaltung von Süßwasserlinsen in küstennahen Sedimenten geführt haben, die heute unter dem Meeresspiegel liegen. Die Ergebnisse werden für die Hydrogeologie des Neuengland-Schelfs und für mehrere ähnliche Gebiete in anderen Teilen der Welt von Bedeutung sein.
Die Forschungsarbeiten sind auch für ein besseres Verständnis der biogeochemischen und elementaren Kreisläufe im Umfeld des Kontinentalschelfs von entscheidender Bedeutung und werden dazu beitragen, den Schwerpunkt auf den Schutz und die nachhaltige Bewirtschaftung von Offshore-Süßwassersystemen zu legen.

Teil des Wissenschaftsteams ist Dr. Verena Heuer vom MARUM, die als Geochemikerin zu dieser Expedition eingeladen wurde. Die Aufgabe des Geochemieteams ist es, die Qualität des Grundwassers zu charakterisieren, um Rückschlüsse auf sein Alter, seine Herkunft und seinen Einfluss auf die Stoffkreisläufe zu ziehen. Zu diesem Zweck werden Hunderte von Porenwasserproben aus Sedimentkernen entnommen, und einige zusätzliche Proben bei Grundwasserpumpversuchen gewonnen.

„Gute Kommunikation und ein sorgfältig ausgearbeiteter Probennahmeplan sind von zentraler Bedeutung, da die einzelnen Proben nur etwa 15 Milliliter Porenwasser liefern werden, die wir für mehr als 20 verschiedene Analysen in zwölf Laboren auf der ganzen Welt aufteilen und sachgerecht lagern wollen“, erklärt Dr. Heuer, die das Wissenschaftsteam für aquatische Geochemie leitet.

Bei der Vorbereitung dieser Expedition hat sie intensiv mit den Mitgliedern des ECORD Science Operator-Teams am MARUM zusammengearbeitet, um sicherzustellen, dass die wertvollen Proben optimal genutzt werden können.

Ziel der Expedition ist es, Antworten auf die folgenden Fragen zu finden:

• Wie alt ist das aufgefrischte Grundwasser, und wann wurde es eingelagert?
• Wie viel Süßwasser ist vorhanden?
• Wie interagiert das Süßwasser mit dem Meerwasser?
• Welche mikrobiellen Gemeinschaften sind beteiligt?
• Welche Kohlenstoffquellen nutzen die Mikroben?
• Wie sieht der allgemeine Kreislauf von Nährstoffen und Energie in den Schelfsedimenten aus?
• Wie könnten diese Süßwässer die Nährstoff-, Kohlenstoff- und Metallkonzentrationen im Meerwasser beeinflussen?

Internationale Zusammenarbeit

41 Mitglieder des Wissenschaftsteams aus 13 Nationen (Australien, China, Frankreich, Deutschland, Indien, Italien, Japan, Niederlande, Portugal, Schweden, Schweiz, Vereinigtes Königreich, USA) nehmen an der Expedition teil, die aus zwei Phasen besteht: Offshore- und Onshore-Arbeiten. Die Offshore-Einsätze werden zwischen Mai und Anfang August 2025 stattfinden. Für die Arbeiten an Land trifft sich das gesamte Wissenschaftsteam im Januar 2026 im Bremer Kernlager am MARUM, um die Sedimentkerne zu splitten, zu beproben und zu analysieren und die gesammelten Daten zu interpretieren. Die Kerne werden archiviert und nach einem einjährigen Moratorium im Anschluss an die Onshore-Phase der Expedition am MARUM für weitere wissenschaftliche Untersuchungen zugänglich gemacht. Alle Expeditionsdaten werden frei zugänglich sein, die Ergebnisse werden veröffentlicht.

Die Expedition wird vom Europäischen Konsortium für Ozeanforschungsbohrungen (ECORD) im Rahmen des Internationalen Programms für Ozeanbohrungen (IODP³) durchgeführt und von IODP³ und der National Science Foundation (NSF, USA) finanziert. IODP³ ist ein von 16 Ländern getragenes, öffentlich finanziertes internationales Meeresforschungsprogramm, das die in den Sedimenten und Gesteinen des Ozeanbodens aufgezeichnete Erdgeschichte und -dynamik erforscht und die Umgebung am Meeresboden überwacht. Mit Hilfe mehrerer Plattformen – ein einzigartiges Merkmal von IODP³ – untersuchen die Wissenschaftler:innen die tiefe Biosphäre unter dem Meeresboden, Umweltveränderungen, Prozesse und Auswirkungen sowie die Zyklen und die Dynamik der festen Erde.