Mapping bar-sand coastal aquifer structure and saltwater intrusion mechanisms using Electrical Resistivity Tomography: a case study fromBinh Thuan coast, south-central Vietnam

Entlang der Küsten vieler tropischer Länder birgt der Boden eine kostbare, unsichtbare Ressource: eine Linse aus Süßwasser, die über dem schwereren, salzigen Meerwasser schwebt. Diese natürliche Trennung ist fragil. Wenn Menschen zu viel Wasser entnehmen oder wenn der Meeresspiegel steigt, drückt das Salz landeinwärts und macht den Frischwasser Vorrat ungenießbar. In sandigen Küstengebieten ist diese Grenze keine scharfe Linie, sondern eine Mischzone, die sich mit den Gezeiten und den Jahreszeiten verschiebt. Genau zu verstehen, wo sich dieses Salzwasser befindet und wie es sich bewegt, ist entscheidend für die Gemeinschaften, die auf diese unterirdischen Reservoire für ihr tägliches Überleben angewiesen sind. Wissenschaftler wissen schon lange, dass Salzwasser Elektrizität viel besser leitet als Süßwasser – eine einfache physikalische Tatsache, die es Forschern ermöglicht, „unter die Erde zu sehen“, ohne ein einziges Loch zu graben. Indem sie messen, wie leicht Elektrizität durch den Boden fließt, können sie die verborgenen Schichten von Sand und Wasser kartieren und so zwischen Süß- und Salzwasser unterscheiden.

In der Südküste Zentralvietnams machte sich ein Forscherteam auf den Weg, um diese verborgenen Schichten über einen 95 Kilometer langen Küstenabschnitt, bekannt als Binh-Thuan-Küste, zu kartieren. Diese Region besteht aus alten Sanddünen und Strandwällen, die auf älterem vulkanischem Gestein liegen. Während die Oberfläche wie ein kontinuierliches Sandband aussieht, ist die unterirdische Struktur komplex, und die Gefahr einer Versalzung durch Salzwasser ist hoch. Die Forscher wanderten entlang des Strandes und der Dünen mit einem speziellen Instrument, das elektrische Ströme in den Boden sendet. Sie verwendeten eine Methode namens elektrischer Tomographie (Electrical Resistivity Tomography), die ein Querschnittsbild der Erde erstellt, ähnlich einem medizinischen Scan, aber für die Landschaft. Sie legten acht lange Linien von Elektroden aus, die eine Gesamtlänge von fast zwei Kilometern erreichten, und maßen den Widerstand des Bodens in Tiefen von bis zu 57 Metern. Die Daten lieferten ein klares Bild der unterirdischen Welt: eine obere Schicht aus trockenem oder frischem Sand, eine mittlere Übergangszone und eine tiefe, leitfähige Schicht aus Salzwasser.

Die durch diese Vermessung erstellten Karten erzählten die Geschichte von vier verschiedenen Arten, wie Salz in das Süßwasser eindringt. An einigen Stellen ist das Eindringen natürlich und vorhersehbar. Direkt am Rand des Ozeans und an Flussmündungen drückt das Salzwasser in Keilform landeinwärts und steigt tiefer unter die Erde auf, einem klassischen Muster folgend, das Hydrogeologen bekannt ist. Dies ist die direkte Folge des Dichteunterschieds zwischen Süß- und Salzwasser, wobei das schwerere Salzwasser unter dem leichteren Süßwasser hindurchgleitet. Die Studie fand jedoch auch heraus, dass menschliche Aktivitäten andere, chaotischere Muster der Kontamination erzeugen. In einem Gebiet fanden die Forscher eine Tasche mit hochsalzigem Wasser, die in einer Vertiefung zurückgelassen wurde, die durch alte Bergbauarbeiten entstanden ist. Vor Jahrzehnten hatten Bergleute in die Dünen gegraben, um Titan zu extrahieren, wobei Meerwasser zum Waschen des Erzes verwendet wurde. Dieses Meerwasser, das nun in der Senke gefangen ist, ist langsam in den umliegenden Sand gesickert und hat eine Relikt-Salzfahne geschaffen, die noch lange nach dem Ende des Bergbaus fortbesteht.

An anderen Orten ist die Quelle des Salzes aktiv und anhaltend. Die Vermessung identifizierte Zonen mit geringer Resistivität direkt unter und in der Nähe von Garnelenzuchtbetrieben. Diese Farmen, die an der Küste weit verbreitet sind, nutzen Meerwasser, um ihren Bestand zu züchten. Die Forscher beobachteten, dass Salzwasser aus den Teichen der Farmen in den Boden sickert oder durch offene Kanäle, die direkt in den flachen Aquifer entwässern, abfließt. In einem spezifischen Fall verlief eine Messlinie parallel zur Küste, wobei beide Enden gleich weit vom Meer entfernt waren. Ein Ende zeigte Süßwasser, während das andere eine tiefe, salzige Anomalie aufwies. Der einzige Unterschied war, dass das salzige Ende direkt über dem Entwässerungssystem einer Garnelenfarm lag. Dies bewies, dass die Kontamination nicht aus dem Ozean kam, sondern von der Farm selbst ausging und von oben in den Boden infiltrierte.

Das komplexeste Bild entstand an der Mündung des Song-Phan-Flusses. Hier erschien der gesamte unterirdische Abschnitt hochleitfähig, was auf eine Mischung aus Salz und Süßwasser hindeutet. Die Forscher stellten fest, dass dies nicht auf eine einzige Ursache zurückzuführen ist, sondern auf eine Kombination aus drei Faktoren, die zusammenwirken. Erstens ist der Flusslauf während der Trockenzeit schwach, was es der Gezeitenströmung ermöglicht, Salzwasser weit flussaufwärts zu drücken. Zweitens besteht der Boden an dieser Stelle eher aus Ton und Schluff statt aus reinem Sand, was die elektrische Leitfähigkeit natürlich erhöht und den Widerstandswert unabhängig vom Salzgehalt des Wassers senkt. Drittens leiten benachbarte Garnelenfarmen in demselben Gebiet salzhaltiges Wasser ab. Das Ergebnis ist ein Kumulationseffekt, bei dem Gezeiten, menschliche Entwässerung und die Bodenbeschaffenheit kombiniert werden, um eine Zone schwerer Kontamination zu schaffen, die nur schwer zu entwirren ist.

Die Studie bestätigte auch die Form der Süßwasserlinse selbst. In Gebieten, in denen die Sanddünen dick und hoch sind, liegt das Süßwasser tief und stabil, geschützt durch eine schwere Kappe aus trockenem Sand. In diesen Gebieten wird die Salzwasserkeil nach unten an den Boden des Aquifers gedrückt, wodurch die oberen Schichten für den Gebrauch als Trinkwasser sicher bleiben. Die Forscher fanden heraus, dass die Dicke dieser Süßwasserschicht entlang der Küste erheblich variiert, abhängig von der Höhe der Dünen und der Entfernung zu den Flussmündungen. Durch den Vergleich ihrer elektrischen Karten mit Wasserproben aus nahegelegenen Brunnen verifizierten sie die Genauigkeit ihrer Methode. Die Wasserproben zeigten, dass dort, wo der Bodenwiderstand hoch war, das Wasser frisch war, und dort, wo der Widerstand niedrig war, das Wasser salzig war.

Diese Arbeit bietet einen klaren, nicht-invasiven Weg, um den unsichtbaren Kampf zwischen Süß- und Salzwasser sichtbar zu machen. Sie zeigt, dass, während die natürlichen physikalischen Gesetze die allgemeine Form der Salzwasserkeile diktieren, menschliche Aktivitäten wie Bergbau und Garnelenzucht lokale Kontaminationsherde schaffen, die anderen Regeln folgen. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Verwaltung dieser Ressourcen mehr erfordert als nur die Beobachtung der Gezeiten; sie verlangt ein Verständnis der spezifischen Geschichte des Landes, von alten Minenlöchern bis hin zu modernen Entwässerungsgräben. Die elektrischen Karten dienen als Referenzwert, als Momentaufnahme des aktuellen Zustands des Aquifers, die dazu genutzt werden kann, Veränderungen im Zeitverlauf zu überwachen. Für die Gemeinschaften, die an dieser Küste leben, ist das Wissen darüber, wo genau sich das Salz befindet und wie es dorthin gelangt ist, der erste Schritt zum Schutz des Süßwassers, auf das sie angewiesen sind.