Der hydrothermale Aquifer des Hochstegenmarmors im Tuxertal, Österreich

Nach einhelliger Meinung der Fachwelt stehen dem alpinen Raum durch den Klimawandel historisch beispiellose Veränderungen bevor. Wie schon seit einigen Jahrzehnten beobachtet, werden sich die Bilanzgrößen des Wasserkreislaufs weiterhin signifikant ändern – sowohl in ihrer Summe als auch in ihrer Variabilität. In Konsequenz sehen die Regierungen des Alpenraums zunehmenden Wassernutzungskonflikten entgegen und bestärken ihre Landesregierungen Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Als wichtigstes Werkzeug bemühen sie lokale interessensübergreifende Wasserwirtschaftsplanungen. Diese Planungen benötigen datengestützte, regional und lokal detaillierte Prognosemodelle. Hydrologisch besonders anspruchsvoll bei dieser Art Modellbildung sind Karstgrundwasserleiter, wegen ihrer Eigenheit weitreichende Grundwasserfließwege mit hoher Transportgeschwindigkeit zu erzeugen. Extremfälle sind dabei Einzugsgebiete wo Karstaquifere und undurchlässige Gesteine durch Wechsellagerung oder vertikale Barrieren stark anisotrope Grundwasserfließbedingungen erzeugen. Bei den benötigten Einzugsmodellen wird gerade in Festgesteinsgebieten der Anteil des unterirdischen Abflusses in der Regel vernachlässigt, steht er doch häufig um mehrere Größenordnungen hinter dem Oberflächenabfluss zurück. Aber gerade diesem Abflussanteil könnte entscheidende Bedeutung zukommen hinsichtlich der Prognosen, die künftig für wohljustierte sozio-ökonomische Abwägungen verwendet werden sollen. Ziel dieser Dissertation ist die Falsifizierung eines möglicherweise planungsrelevanten Einflusses von Karstaquiferen in Gebieten, in denen die verkarstungsfähigen Carbonatgesteine oberflächlich untergeordnet auftreten. In einem Beispielgebiet wurde gezeigt, dass sich deren Einfluss hydrologisch signifikant für das Gesamtgebiet auswirken kann. Außerdem sind durch die besondere Konnektivität in Karströhren wesentlich kürzere Verweilzeiten und hydraulische Kurzschlüsse als kritische Parameter der Trinkwassernutzung einzukalkulieren. Als Untersuchungsgebiet wurde das Tuxertal in Nordtirol gewählt, das als Nebental des Zillertals, die Hüllgesteine des Tauernfensters einschließen. Die dortige Hochstegenformation und Seidlwinklformation repräsentieren verkarstungsfähigen Einheiten, die sich als Rahmen um das Tauernfenster über 450 km Länge erstrecken. Im Verlauf dieser Dissertation und mehrerer Publikationen wurden an Quellen und Grundwasserzutritten in Tunneln überwiegend klassische hydrogeologische Methoden eingesetzt. Über 500 Einzelmessungen von Feldparametern und zugehörigen Hauptionenanalysen bilden dabei die Basis für eine qualifizierte Zuordnung zur kartierten lokalen Geologie. An ausgewählten Standorten wurden mehrjährige Messreihen erhoben, um die saisonalen Einflüsse gegenüber jährlichen Variationen abzugrenzen. Ergänzt werden diese Grundlagen durch Isotopenmethoden zur Untersuchung des Einflusses von Gletschern und Tracerversuche zum Nachweis eines weitläufigen Karstsystems. Geothermische Daten wurden mittels Enhanced Geothermal Response Tests an einer 400 m tiefen Bohrung und anhand lokaler Tunnel über Messungen und Datenrecherche gewonnen. Die Ergebnisse der Arbeiten zeigen, dass der Hochstegenmarmor als Drainagekörper für fast alle Seitentäler nördlich des Tuxer Hauptkamms wirkt womit deren Einzugsbereiche zu großen Teilen unterirdisch entwässert werden. Eine tiefgreifende Verkarstung in dieser Einheit war bisher nur für die Höhenlagen bekannt und konnte nun für die tieferen Talbereiche nachgewiesen werden: Einerseits durch die Entdeckung des Karstsystems am Grinberg und andererseits durch die Entdeckung von Karströhren mit hoher Durchströmungsgeschwindigkeit bis in mehreren hundert Meter unter Talbodenniveau. Der Zusammenhang von Störungsbereichen und Veränderungen der geochemischen Charakteristik wird aufgezeigt, wonach die Dolomitisierung wahrscheinlich während der Subduktionsphase erfolgte. Diese dolomitisierten Bereiche entsprechen 15 – 25 % Volumenanteil in den Carbonatkörpern. Die dolomitisierten Bereiche sind gegenüber den Calcitmarmoren chemisch stabiler gegen Lösungsprozesse und sind als Resultat ihrer Überprägung auch geringer geklüftet beziehungsweise geringer hydraulisch leitfähig. Diese drei Gegebenheiten führen dazu, dass sich die Mg-reichen Gesteine nur untergeordnet auf die Stoffkonzentrationen im Grundwasser der Hochstegenformation auswirkt. In der Kasererserie hingegen, deren Gesteine ebenfalls im Arbeitsgebiet liegen, hat sich die Dolomitisierung (möglicherweise in mehreren Deformationsphasen) stärker ausgeprägt, was zusammen mit der stark erhöhten tertiären Porosität unter anderem zu einem Mg-dominierten Grundwassertyp führt. Die durchgehende Verkarstung der Hochstegencarbonate, die in direkter Linie über 20 km zwischen dem Tuxer Ferner am Olperer bis in den Talboden des Zillertals unter Mayrhofen streichen, schafft zusammen mit dem hochalpinen Relief eine hydraulische Kurzschlussverbindung die einer Drainage gleicht: Die Niederschläge und Schmelzwässer nördlich des gesamten Tuxer Hauptkamms werden zu großen Teilen von dem Karstsystem geschluckt und unterirdisch aus dem Tal abgeleitet, ohne den Tuxbach über seine Vorfluter zu erreichen. Durch diese besonderen hydro(geo)logischen Verhältnisse mit signifikantem unterirdischem Gebietsabfluss ergeben sich veränderte Rahmenbedingungen für Modelle der zukünftige Wasserverfügbarkeit. Daher müssen die bereits bestehenden hydrologischen Modelle neben den Einflüssen des Klimawandels auch diese Sondersituation berücksichtigen, um brauchbare Prognosedaten für die bevorstehenden regionalen Planungen zu liefern. Hinsichtlich des geothermischen Potenzials wird der Hochstegenaquifer als Niedrigtemperatur-Reservoir mit geringer bis mittlerer Leitfähigkeit eingestuft. Die geothermische Erschließung ist hinsichtlich ganzjähriger thermischer Nutzbarkeit (Heizen im Winter, Kühlen im Sommer) durch den saisonal hohen Wärme-/Kältebedarf für Winter- und Sommertourismus in einer günstigen Ausgangssituation. Da abgesehen von den Hintertuxer Thermalquellen nur wenige wasserrechtlich genutzte Quellen von diesem Aquifer gespeist werden, ist das Konfliktpotenzial wahrscheinlich gering

Water supply in times of climate change — Tracer tests to identify the catchment area of an Alpine karst spring, Tyrol, Austria

Climate change and glacial retreat are changing the runoff behavior of Alpine springs and streams. For example, in the extremely dry and hot summer of 2018, many springs used for drinking water supply lost up to 50 percent of their average discharge; a few springs have even run dry. In order to ensure drinking water supply in the future, springs featuring large and constantly sufficient discharge rates will have to be identified and tapped. A case study was undertaken at the Tuxbachquelle because catchment area and temporal variation of physicochemical and hydrochemical properties were previously unknown. Tracer tests with uranine proved a hydraulic connection between this karst spring and a stream a few kilometers uphill. At low runoff, uranine needed about 4½ hours from the sink to the spring, whereas at high runoff more than four days was required. It became evident that discharge, electrical conductivity, temperature, and turbidity of the Tuxbachquelle respond within a few hours to precipitation events. The water quality and an examination of the water balance resulted in a significantly larger catchment area. It is assumed that widely karstified calcite marble subterraneously drains a considerable part of the Tuxertal (Tux Valley), including some active rock glaciers

Hydrogeological genesis and geothermal potential of the thermal springs of Hintertux, Austria

Europas höchste Thermalquellen in Hintertux, Tirol, sind bis zu 22,5 °C warm und werden zu etwa 30 % genutzt. Bisher lag kein detailliertes konzeptionelles Modell vor, das alle Besonderheiten der Anomalie gemeinsam erklärt hätte. Nur mit einem hydrogeologischen Modell ist eine Erweiterung der Nutzung nachhaltig planbar. Es wurden klassische hydrogeologische und hydrochemische Methoden eingesetzt, unter anderem natürliche Tracer, geochemische Indikatoren und stabile Isotopen (δ18O, δD, δ34S), um die Entstehung der Thermalwässer und darin involvierte Grundwasserleiter zu identifizieren. Die Untersuchungen wurden 2011–2018 an Wässern aus 14 weiteren Quellen und zwei Tunneln durchgeführt. Die Studie zeigt, dass das Grierkar zum meteorischen Einzugsgebiet der Thermalquellen gehört, wobei der Abfluss über die Schwinden an der Grieralm in den Hochstegenmarmor gelangt. Die Temperaturerhöhung erfolgt ursächlich aus dem weiteren Zufluss (20–40 %) von tieferen Zentralgneiswässern im Nordhang des Schmittenberges, wobei diese hydraulische Verbindung wahrscheinlich im Zusammenhang mit den Tuxer Scherzonen steht.Technische Universität Darmstadt (3139

Hydrogeologische Herkunft und geothermisches Potenzial der Thermalquellen von Hintertux, Österreich

Europas höchste Thermalquellen in Hintertux, Tirol, sind bis zu 22,5 °C warm und werden zu etwa 30 % genutzt. Bisher lag kein detailliertes konzeptionelles Modell vor, das alle Besonderheiten der Anomalie gemeinsam erklärt hätte. Nur mit einem hydrogeologischen Modell ist eine Erweiterung der Nutzung nachhaltig planbar. Es wurden klassische hydrogeologische und hydrochemische Methoden eingesetzt, unter anderem natürliche Tracer, geochemische Indikatoren und stabile Isotopen (δ¹⁸O, δD, δ³⁴S), um die Entstehung der Thermalwässer und darin involvierte Grundwasserleiter zu identifizieren. Die Untersuchungen wurden 2011–2018 an Wässern aus 14 weiteren Quellen und zwei Tunneln durchgeführt. Die Studie zeigt, dass das Grierkar zum meteorischen Einzugsgebiet der Thermalquellen gehört, wobei der Abfluss über die Schwinden an der Grieralm in den Hochstegenmarmor gelangt. Die Temperaturerhöhung erfolgt ursächlich aus dem weiteren Zufluss (20–40 %) von tieferen Zentralgneiswässern im Nordhang des Schmittenberges, wobei diese hydraulische Verbindung wahrscheinlich im Zusammenhang mit den Tuxer Scherzonen steht