Unterseeischer Süßwasserspeicher vor der US-Ostküste aus der letzten Eiszeit

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass ein riesiger unterirdischer Süßwasserspeicher vor der nordöstlichen Küste der USA ein Überbleibsel der letzten Eiszeit sein könnte – und groß genug, um New York City über Jahrhunderte zu versorgen, falls man ihn jemals erschließen würde.

Eine „geheime“ Wasserquelle unter dem Atlantik

Das Reservoir befindet sich unter dem Meeresboden vor der Ostküste: Es erstreckt sich von New Jersey in Richtung Maine und liegt vor den berühmten Inseln Nantucket und Martha’s Vineyard in Massachusetts mehrere Dutzend Kilometer vor der Küste.

Dieser unterseeische Grundwasserleiter könnte den heutigen Wasserbedarf von New York City rechnerisch etwa 800 Jahre lang decken, so die Forschenden.

Dabei handelt es sich nicht um einen riesigen unterirdischen See. Das Wasser steckt in porösen Sedimenten – Sand und anderen Körnern –, die Hunderte Meter unter dem Meeresgrund liegen. Es füllt die winzigen Zwischenräume zwischen den Partikeln und bildet damit einen sogenannten unterseeischen Grundwasserleiter.

Bereits Ende der 1960er-Jahre stießen Teams des US Geological Survey bei Offshore-Bohrungen zur Suche nach Mineralien und Energieressourcen auf Hinweise für dieses ungewöhnliche Vorkommen. In marinen Sedimenten fanden sie Wasser, das deutlich weniger salzhaltig war als erwartet. Anschließend geriet das Thema für Jahrzehnte in Vergessenheit.

Wie Forschende zum Meeresboden zurückkehrten

Anfang der 2000er-Jahre griffen der Geophysiker Brandon Dugan und der Hydrologe Mark Person die übersehenen Daten des US Geological Survey wieder auf. Sie entwickelten mehrere Erklärungsansätze dafür, wie Süßwasser unter dem Ozean eingeschlossen werden konnte.

Erst zwei weitere Jahrzehnte später konnten diese Annahmen mit einem Forschungsschiff und umfangreichen Bohrungen näher überprüft werden.

Expedition 501: drei Monate auf See

2023 startete ein internationales Forschungsteam die Expedition 501. Die dreimonatige Reise sollte den uralten Grundwasserleiter erstmals direkt beproben. Mit einem Spezialbohrschiff bohrte das Team an drei Stellen in den Meeresboden, die 20 bis 30 Meilen, also etwa 30 bis 50 Kilometer, vor der Küste von Massachusetts lagen.

Die Bohrung reichte ungefähr 1.300 Fuß beziehungsweise 400 Meter unter den Meeresboden. Dort entnahmen die Forschenden Sedimentkerne und pumpten rund 13.200 Gallonen beziehungsweise 50.000 Liter Wasser aus den begrabenen Schichten.

Die Bohrungen legten eine mächtige, schwammähnliche Sedimentschicht offen, die mit Süßwasser gefüllt und von einer oberen Lage salzhaltiger Sedimente sowie einer dichten „Abdichtung“ aus Ton und Schluff überlagert war.

Diese tonreiche Schicht trennt das Meerwasser darüber vom weniger salzhaltigen Wasser darunter. Sie wirkt wie ein Deckel und verhindert, dass sich beide heute rasch vermischen. Irgendwann in der Vergangenheit muss jedoch eine starke Kraft enorme Süßwassermengen durch diese Barriere und tief in die Sedimente gedrückt haben.

Hinweise aus der letzten Eiszeit

Dugan und seine Kolleginnen und Kollegen gehen inzwischen davon aus, dass diese Kraft Eis war – sehr viel Eis.

Während der letzten Kaltzeit vor rund 20.000 Jahren bedeckten mächtige Eisschilde große Teile Nordamerikas, darunter auch das heutige Neuengland. Sie banden gewaltige Wassermengen, wodurch der globale Meeresspiegel sank. Die Küstenlinien lagen weiter draußen; der heutige Meeresboden war damals trockenes Land oder eine gefrorene Landschaft.

Wie Gletscher Wasser in den Untergrund pressen

Mehrere Vorgänge könnten zusammengewirkt haben:

• Sinkender Meeresspiegel: Da die Ozeane über lange Zeit niedriger standen, konnten Regen- und Schmelzwasser in freiliegende Küstensedimente versickern und sie mit Süßwasser auffüllen.
• Gletscherschmelzwasser: Während sich Eisschilde über den Felsuntergrund bewegten und ihn abschürften, erzeugte Reibung Wärme und damit flüssiges Wasser an ihrer Basis.
• Enormer Druck: Das Gewicht kilometerdicker Eisschichten presste dieses Schmelzwasser in darunterliegende und küstennahe Sedimente und drückte es tief in den Untergrund.

Die Radiokarbon-, Edelgas- und Isotopenanalysen der Proben werden noch abgeschlossen. Erste Ergebnisse sprechen jedoch klar dafür, dass der Großteil des Reservoirs glazialen Ursprungs ist, während Niederschlag möglicherweise ebenfalls beigetragen hat.

Vorläufige Daten deuten darauf hin, dass der Grundwasserleiter überwiegend während der letzten Eiszeit gefüllt wurde, sodass Teile dieses Wassers etwa 20.000 Jahre alt sind.

Auch große Gebirgsketten in Küstennähe können Süßwasser weit unter das Meer treiben. Dieser Mechanismus scheint hier jedoch weniger wichtig zu sein, weil der Küstentopografie Neuenglands die dafür notwendigen extremen Höhenunterschiede fehlen.

Wie frisch ist dieses uralte Wasser?

Messungen des Salzgehalts – also der Konzentration gelöster Salze – zeigen, dass die Süße des Wassers innerhalb des Reservoirs unterschiedlich ausfällt.

Ort	Salzgehalt (Teile pro 1.000)	Einordnung
Bohrstelle am nächsten zu Nantucket/Martha’s Vineyard	~1	Innerhalb der oberen sicheren Grenze für Trinkwasser
Offshore-Standort auf dem mittleren Kontinentalschelf	4–5	Salziger, aber noch immer deutlich weniger salzhaltig als Meerwasser
Am weitesten von der Küste entfernte Bohrstelle	17–18	Ungefähr halb so salzhaltig wie der offene Ozean

Zum Vergleich: Typisches Meerwasser enthält etwa 35 Teile Salz pro 1.000. Selbst die salzhaltigsten Bereiche des Offshore-Reservoirs sind daher deutlich weniger salzig als das umgebende Meer.

Könnte dieses Wasser jemals genutzt werden?

Derzeit ist das Reservoir Gegenstand wissenschaftlicher Forschung und keine neue kommunale Wasserquelle. Das Projekt soll erklären, wie solche Systeme entstehen und funktionieren, nicht Förderkonzepte entwickeln.

Die Forschenden wollen den Grundwasserleiter detailliert verstehen, damit eine künftige Generation bei schwerem Wassermangel anhand von Daten statt auf Grundlage von Vermutungen entscheiden kann.

Mehrere wesentliche Fragen sind weiterhin offen:

• Wie groß und zusammenhängend ist das Reservoir entlang der Ostküste genau?
• Wie schnell würde es sich unter den heutigen Klimabedingungen wieder auffüllen, falls überhaupt?
• Welche Folgen hätte das Abpumpen für nahegelegene Ökosysteme und die Stabilität der Küste?
• Wie teuer wären Aufbereitung und Transport im Vergleich zu anderen Möglichkeiten wie Entsalzung oder Wassersparen?

Die laufenden Arbeiten konzentrieren sich darauf, die Porenräume in den Sedimenten zu messen und so das Gesamtvolumen genauer zu bestimmen. Zudem untersuchen die Forschenden mögliche dort lebende Mikroorganismen und datieren die wasserführenden Schlamm- und Sandschichten präzise. Diese Details werden bestimmen, welche künftigen Nutzungsszenarien realistisch sind.

Was ein unterseeischer Grundwasserleiter tatsächlich ist

Viele Menschen stellen sich unterirdische Seen vor. Die meisten Süßwasservorkommen – sowohl an Land als auch unter dem Meer – ähneln jedoch eher wassergesättigten Schwämmen als Hohlräumen.

Hier liegen Sand- und Schluffkörner dicht beieinander. Dazwischen befinden sich winzige Hohlräume. Sind diese mit Süßwasser gefüllt, entsteht ein Grundwasserleiter; enthält sie Meerwasser, gehören die Sedimente zum marinen System.

Eine „Abdichtungsschicht“ aus feinem Ton und Schluff besitzt meist sehr kleine Poren und eine geringe Durchlässigkeit. Wasser kann sie daher nur äußerst langsam passieren. Genau das trägt dazu bei, dass der uralte Süßwasserspeicher bis heute unter dem salzigen Atlantik erhalten bleibt.

Risiken, Chancen und künftiger Druck

Unterseeische Grundwasserleiter wecken sowohl Hoffnungen als auch Bedenken in Küstenregionen, die mit Dürren, steigendem Meeresspiegel und Salzwassereinbruch in bestehende Brunnen kämpfen.

Theoretisch könnten Offshore-Süßwasservorkommen als strategische Reserven dienen. Praktisch erfordert ihr Zugang Bohrungen auf See, komplexe Pumpsysteme und eine sorgfältige Überwachung der Druckveränderungen in den Sedimenten. Eine zu starke Entnahme könnte zu Bodensenkungen führen oder Meerwasser in den neu entstandenen Raum eindringen lassen, was die Wasserqualität rasch beeinträchtigen würde.

Hinzu kommen geopolitische und rechtliche Fragen. Süßwasser vor der Küste kann sich über Grenzen von Bundesstaaten oder sogar Ländern hinweg erstrecken. Das geltende Seerecht wurde vor allem mit Blick auf Erdöl, Erdgas und Fischerei geschrieben, nicht für uraltes Trinkwasser, das in Sedimenten unter dem Meeresboden eingeschlossen ist.

Vorerst fungiert das Reservoir vor der Ostküste als natürliches Archiv, das chemische Spuren früherer Klimaverhältnisse und Eisschilde bewahrt. Indem Forschende diese Aufzeichnungen entschlüsseln, können sie Modelle dazu verbessern, wie Küsten auf langfristige Klimaveränderungen reagieren – und wie viel verborgenes Süßwasser möglicherweise vor anderen Küsten liegt, von Bangladesch bis ins südliche Afrika.

Sollten künftige Generationen tatsächlich mit akutem Wassermangel konfrontiert sein, könnte dieser begrabene Grundwasserleiter vom wissenschaftlichen Kuriosum zu einem Notfallplan werden. Seine Grenzen schon heute zu verstehen, könnte morgen das Risiko verzweifelter und schlecht geplanter Förderung verringern.