Natur, Landwirtschaft und die Versorgung der Bevölkerung – unsere Welt ist bekanntlich fundamental vom Wasser abhängig. Deshalb kommt auch der Erforschung der Faktoren, die mit dem kostbaren Lebenselixier zusammenhängen, eine große Bedeutung zu. Die Hydrogeologie befasst sich dabei mit dem Wasser in der Erdkruste. Unter anderem steht die Frage im Fokus, wie sich Quellen in einer Region speisen. Einblicke können dem nachhaltigen Wassermanagement zugutekommen. Versteht man das System besser, lässt sich außerdem nachvollziehen, wie es zu Verschmutzungen kommen kann. Anhand bestimmter Substanzen im Wasser sind zwar bereits Rückschlüsse auf Ursprünge und Wege des Wassers möglich. Doch um die Nachweismöglichkeiten weiter zu verfeinern, sind neue Tracer-Verfahren stets willkommen. Die Studie der Forscher um Oliver Schilling von der Universität Basel zeigt nun das Potenzial von biologischen Komponenten auf.
Wie fließt das Wasser im Fuji?
In ihrem Fokus stand die Hydrogeologie des berühmten Vulkanberges auf der japanischen Hauptinsel Honshū: Der auch als Fudschijama bekannte Fuji wird dort als “Wasserberg” bezeichnet, denn zahlreiche Quellen entspringen in seinem Fußbereich. Obwohl die Geologie des Fuji intensiv erforscht wurde, gibt es nach wie vor Unklarheiten über seine Hydrologie. Man vermutete bisher, dass das aus Niederschlägen stammende Wasser nur in oberflächennahen Grundwasserleitern zu den tiefer gelegenen Quellen strömt. „Das Grundwassersystem des Fuji war mit Standardmethoden bisher nicht so gut zu untersuchen“, erklärt Schilling. Gemeinsam mit seinen Kollegen hat er deshalb versucht, mit alternativen Ansätzen dem Weg des Wassers auf die Spur zu kommen. Sie führten dazu umfangreiche Untersuchungen von Quellwasser durch und entwickelten Modelle.
In ihrer Studie zeigen sie nun auf, dass sich anhand von drei speziellen Tracer-Komponenten im Wasser ein klareres Bild von der Hydrogeologie des Fuji ergibt. Demnach liefern die relativ hohen Gehalte des Edelgases Helium sowie des Spurenelements Vanadium im Quellwasser wichtige Hinweise. Im Zusammenhang mit bekannten geologischen Merkmalen des Vulkanberges zeichnet sich ab, dass diese Substanzen in großen Tiefen ins Grundwasser gelangt sind. Entscheidend bestätigen konnten die Forscher diese Hinweise allerdings durch den Nachweis von biologischen Molekülen.
Spuren von Mikroben aus der Tiefe
Sie konnten in dem Quellwasser Spuren von DNA nachweisen, die den Merkmalen zufolge von sogenannten extremophilen Mikroben stammt. Es handelt sich um Erbgutfragmente von speziellen Vertretern der Archaeen, die bekanntermaßen nur in einer Tiefe von 500 bis 1000 Metern vorkommen. Offenbar waren demnach Teile des Grundwassers, das die Quellen speist, durch entsprechende Bereiche des Berges geflossen. „Mikrobielle Umwelt-DNA kann einen Hinweis auf die Fließpfade des Grundwassers liefern, wenn man sie mit anderen, unabhängigen Tracern wie etwa Edelgasen kombiniert“, sagt Schilling. „Alle drei natürlichen Tracer erzählten uns die gleiche Geschichte: Es gibt am Mount Fuji eine systematische Tiefendynamik des Wassers. Solche Analysen sind der Schlüssel, um das System zu verstehen“, so der Hydrogeologe.
