Integrated Electrical Resistivity and Transient Electromagnetic Investigation for Groundwater Aquifer Characterization in the Western Desert Fringes: A Case Study of Gabal El-Nashfa Area, El-Minya Governorate, Egypt

In der weiten, sonnenverbrannten Weite der Westlichen Wüste Ägyptens ist Wasser nicht bloß eine Ressource; es ist das Fundament des Überlebens und der Schlüssel zu zukünftigem Wachstum. Für ein Land, in dem die Süßwassermenge pro Kopf auf ein kritisches Tief gesunken ist, birgt die Wüste ein verborgenes Versprechen: uralte Grundwasserreservoire, die tief unter Sand und Gestein eingeschlossen sind. Das Auffinden dieser Reservoire ist eine komplexe Herausforderung, da der Boden für das menschliche Auge undurchsichtig ist. Wissenschaftler verlassen sich auf einen Zweig der Geophysik, der die Erde wie einen riesigen elektrischen Schaltkreis behandelt. Indem sie elektrische Ströme in den Boden leiten und messen, wie leicht diese hindurchfließen, können Forscher die Schichten von Boden und Gestein darunter kartieren. Unterschiedliche Materialien leiten Elektrizität unterschiedlich gut; nasser Sand und salziges Wasser lassen den Strom leicht fließen, während trockener Fels oder dicker Ton als Barrieren wirken. Durch die Kombination zweier unterschiedlicher Methoden – einer, die Gleichstrom in die Erde sendet, und einer anderen, die einen magnetischen Impuls nutzt, um auf die elektrische Reaktion des Bodens zu „hören“ – können Wissenschaftler ein detailliertes Bild dessen erstellen, was verborgen liegt, und dabei zwischen trockenen Schichten, Süßwasser und Salzwasser unterscheiden, ohne auch nur ein einziges Loch graben zu müssen.

Ein Forschungsteam hat diesen integrierten Ansatz kürzlich in einer vielversprechenden Region westlich der Stadt El-Minya angewandt, einem Gebiet, das als Gabal El-Nashfa-Korridor bekannt ist. Dieses 640 Quadratkilometer große Stück Land wird für große Projekte zur landwirtschaftlichen Rekultivierung ins Auge gefasst, doch seine unterirdischen Wassersysteme waren bisher kaum verstanden. Das Team, angeführt von Geophysikern des Desert Research Center und der Ain Shams University, setzte sich zum Ziel, die Aquifere – Gesteinsschichten, die Wasser halten – unter dieser ariden Landschaft zu kartieren. Sie installierten ein Netzwerk von Sensoren in dem Gebiet und führten 12 Messungen mit einer Gleichstrommethode sowie 39 Messungen mit einer magnetischen Impulstechnik durch. Um sicherzustellen, dass ihre Karten präzise sind, gleichen sie ihre Ergebnisse mit Daten aus bestehenden Brunnen und Bohrungen ab und erstellen so ein kalibriertes Modell des Untergrunds, das die Stärken beider Vermessungsmethoden vereint.

Die Untersuchung enthüllte ein klares, zweischichtiges System aus wasserführendem Gestein, das durch eine dünne, undurchlässige Tonschicht getrennt ist. Die obere Schicht, bekannt als Oligozän-Sandstein-Aquifer, befindetst sich zwischen 77 und 125 Metern unter der Oberfläche. Diese Schicht besteht aus kalkhaltigem Sandstein, Sand und Kies vermischt mit Ton. Die Forscher fanden heraus, dass das Wasser in dieser oberen Schicht im Allgemeinen salzig ist, was es ungeeignet für Trinkwasser oder die meisten Bewässerungszwecke macht, aber potenziell für industrielle Zwecke oder Kühlsysteme nutzbar sein könnte. Darunter, getrennt durch eine etwa 14 bis 36 Meter dicke Tonschicht, liegt ein zweites, tieferes Reservoir: der Samalut-Kalkstein-Aquifer. Diese Schicht beginnt in Tiefen von 152 bis 260 Metern und besteht aus zerklüftetem Kalkstein. Das Wasser hier ist deutlich süßer, wobei die Widerstandswerte darauf hindeuten, dass es eine lebensfähige Quelle für Trinkwasser und die Landwirtschaft darstellt.

Eine der bedeutendsten Entdeckungen war eine potenzielle strukturelle Anomalie im östlichen Teil des Untersuchungsgebiets. An zwei spezifischen Standorten zeigten die elektrischen Messwerte einen ungewöhnlich hohen Widerstand in der oberen Sandsteinschicht, ein Zeichen dafür, dass das Wasser dort süßer sein könnte als erwartet. Die Forscher vermuten, dass dies auf eine Verwerfungslinie hindeuten könnte – einen Riss in der Erdkruste –, der es Süßwasser aus dem tiefen Kalkstein-Aquifer ermöglicht, nach oben in den flacheren Sandstein zu sickern. Dieser Befund ist entscheidend, da er impliziert, dass die beiden Wassersysteme nicht immer perfekt isoliert sind; an einigen Stellen könnten sie miteinander verbunden sein, was wichtige Auswirkungen darauf hat, wie das Wasser verwaltet und vor Kontamination geschützt wird.

Die Studie kartierte auch die Richtung des Grundwasserflusses und offenbarte eine stetige Bewegung von Ost nach West durch die Region. Dieses Flussschema ermöglicht es Planern zusammen mit den Tiefen- und Qualitätsdaten, die besten Stellen für neue Bohrungen zu identifizieren. Der west-zentrale Teil des Gebiets erwies sich als die vielversprechendste Zone für den tiefen Kalkstein-Aquifer, wo das Wasser am süßesten und die Bohrungstiefe am handhabbarsten ist. Die Forscher schlagen eine Strategie der „Doppelnutzung“ vor: das Nutzung des tieferen, süßeren Wassers für Trinkwasser und Landwirtschaft, während das flachere, salzigere Wasser für nicht-potable Bedürfnisse reserviert wird. Dieser Ansatz würde die Belastung des kostbaren tiefen Aquifers verringern und sicherstellen, dass die Wasserversorgung nachhaltig bleibt, während sich die Region entwickelt.

Obwohl die Studie die oberen und mittleren Abschnitte des unterirdischen Systems erfolgreich kartiert hat, blieb der unterste Teil des tiefen Kalkstein-Aquifers für ihre derzeitige Ausrüstung unerreichbar. Die Forscher merkten an, dass die Basis dieses tiefen Reservoirs nicht vollständig aufgelöst wurde, was darauf hindeutet, dass noch tiefere Schichten jenseits der Grenzen ihrer Untersuchung existieren. Sie empfehlen, dass zukünftige Untersuchungen fortschrittlichere Techniken verwenden sollten, die in der Lage sind, tiefer in die Kruste zu blicken, um das volle Ausmaß dieser lebenswichtigen Ressource zu definieren. Vorerst jedoch bietet die Arbeit eine klare, wissenschaftlich fundierte Roadmap für das Gabal El-Nashfa-Gebiet, die einen blinden Fleck in der Wüste in eine bekannte Größe verwandelt und einen praktischen Rahmen zur Sicherung des Wassers in einer der kritischsten Entwicklungszonen Ägyptens bietet.