Grundwasser
[* ] (hierzu Tafel). Die Zirkulation des unterirdischen Wassers in den Poren und Spalten der Gesteine ist je nach der Beschaffenheit und Wirkungsweise des Gesteinsmaterials eine verschiedene und wird in erster Linie durch den höhern oder geringern Grad der Durchlässigkeit bestimmt. Als undurchlässig gelten außer den Mergel- und Thonarten auch der Granit und manche kristallinische Gesteine; durchlässig sind alle Geröll- und Sandablagerungen, daneben Sandsteine und in hohem Maße die weiße Kreide wegen ihrer porösen Beschaffenheit.
Auf die Bewegung des Grundwassers wirken die Schwerkraft und die Anziehung der festen Gesteinspartikel. Sind die Zwischenräume weit, so ist die Wassermasse zu groß für die geringe Attraktionsfläche, die Schwerkraft tritt in Wirksamkeit und das Wasser steigt hinab; haben die Zwischenräume hingegen nur kapillare Dimension, so ist die molekulare Anziehung stärker als die Schwerkraft und das Wasser kann unter Umständen sogar emporsteigt. Die Höhe des von der Kapillarilät emporgehobenen Wassers ist bei Geröll fast Null, sie beträgt für Sand 0,30 m, für sandigen Thon 0,60 m und steigt in Thon und kompakten Mergel bis zu 1,50 m. Viele Gesteine verdanken ihre Durchlässigkeit aber nicht sowohl ihrer porösen Natur, als vielmehr den zahlreichen Spalten und Rissen, von welchen erstere durchsetzt werden.
Die Mächtigkeit der Grundwasser führenden Schicht ist eine sehr verschiedene und schwankt zwischen einigen Dezimetern und 100 m. Am weitesten verbreitet sind die Grundwasseransammlungen in den an der Erdoberfläche lagernden quaternären und rezenten Geröll- und Sandanhäufungen, wie z. B. der oberrheinischen Tiefebene, in welcher die Grundwasserschicht allein auf dem linken Ufer eine Breite von über 20 km und eine Tiefe von über 10 m besitzt, in den Niederlanden, der bayrischen Hochebene, der lombardischen Tiefebene etc. Die Lage des Grundwassers in der Nähe von München veranschaulicht die folgende Skizze [* 1] (Fig. l). In der Poebene liegt eine wasserreiche Zone am Fuße der Alpen, die sich vom Tessin bis über den Oglio erstreckt und von Verona durch ganz Venetien hinzieht; ein kleineres Gebiet liegt am Fuße des Appennin um Modena.
Die Tiefe, in welcher die Grundwasserschicht unter dem Erdboden liegt, nimmt in dem Maße zu, wie man nach N. gegen die Alpen geht. Die Wassermenge der Schicht steht in geradem Verhältnis zu der Regen- und Schneemenge, welche während des Winters gefallen ist. Die geologische Beschaffenheit des Untergrundes gestattet, der Grundwasserschicht große Wassermengen zum Zwecke der Bewässerung zu entnehmen, und da das Wasser eine konstante Temperatur besitzt, die auch im Winter bedeutend höher ist als die umgebende Luft, so ist selbst bei der strengsten Kälte vermittelst des der Grundwasserschicht entzogenen Wassers eine Kultur des Bodens möglich.
Zum Zwecke einer fortwährenden Berieselung teilt man das Land in Parzellen, von denen jede die Form eines Daches hat. Auf dem Firste desselben verläuft eine Rinne, aus welcher das Wasser nach beiden Seiten abfließt; dasselbe sammelt sich am Fuße der beiderseitiven Abdachungen abermals in einer Rinne, welche ihrerseits wieder für eine tiefer liegende Zone zur Bewässerung benutzt wird [* 1] (Fig. 2). Auf diese Weise kann man durch wiederholte Benutzung einer und derselben Wassermasse ganz verschiedene Gebiete bewässern; das Volumen Wasser schwankt zwischen 6 und 20 Lit. auf die Sekunde und den Hektar. In diese Rinnen gelangt das Wasser vermittelst kleiner Brunnen (italienisch fontanili), welche man an den geeigneten Stellen anbringt, indem man eine kegelförmig nach oben zulaufende bodenlose Tonne von 1 m Durchmesser und 2-3 m Höhe in den Boden bis zur wasserführenden Schicht einläßt, die man gewöhnlich in 2-3 m Tiefe antrifft [* 1] (Fig. 3). In dieser Tonne steigt das Wasser empor und ergießt sich dann über den leicht ausgeschweiften obern Rand derselben in die Rinne.
Gewöhnlich werden mehrere solcher Fontanili nebeneinander angelegt, deren Wasser in eine gemeinsame Rinne geleitet wird. Die Ausflußmenge eines Brunnens schwankt zwischen 50 und 200 L. in der Sekunde, die Temperatur des Wassers beträgt 12-14° und selbst im Winter noch 8-9°. In der Nähe von Mailand befinden sich drei solcher wasserführenden Schichten übereinander, die durch Thonschichten getrennt sind, in einer Breite von mehreren Kilometern aus eine Länge von 200 km. Diese Zone liegt in der Lom-
[* 1] ^[Abb. 1: Profil durch den untern Teil der Stadt München und das Isarthal.]
[* 1] ^[Abb. 2: Dachförmige Anordnung zur Bewässerung des Landes durch Fontanili.]
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bardei 12o-13o m ü. M. und senkt sich gegen O. bis auf 20-25 m ü. M. In der Lombardei finden sich über 1ooo solcher Fontanili, welche bei einer mittlern Ausfliißmenge von 120 L. in der Sekunde eine Ge-samtmenge von 120 cbmln der Sekunde liefern. Besonders günstig auf die Bildung von Grundwasser führen-den Schichten wirkt die wiederholte Wechsellagerung von durchlässigen Gesteinen und Thon- oder Mergel-arten. Wenn der undurchläsfige Boden, auf welchem sich das von oben eindringende Wasser sammelt, höher als die Sohle eines benachbarten Thales liegt, so tritt auf der Linie des Kontaktes zwischen beiden Schichten das Was-ser in Gestalt von Quellen zu Tage [* ] (Fig. 1). In diesem Falle ist der Kontakt durch die Thatsache des Schichtenwechsels bedingt, es kann aber auch der Fall eintreten, daß der Kontakt erst nach der Bildung der Gesteine oder nach der Sedi-mentablagerung durch Vorgänge sekundärer Natur hervorgerufen wird. So sind Granit und Gneis im allgemeinen für Wasser undiirchlässig, durch den Einsluß der Atmosphärilien zersetzen sich aber diese Gesteine an der Oberfläche und bedecken sich mit einer Schicht von Verwitterungsschutt, der in seiner Eigenschaft als durchläsfige Masse zuQuellenbildung Veranlassung gibt. In , gleicher Weise wirken die von Vulkanen ausgeworfenenAschen- und Schlacken-massen, selbst Lavaströme, falls die Lava infolge von blasiger Struktur porös ist.
Sehr häufig gelangen durchläsfige und undurchlässige Schichten durch eine normale Verwerfung nebeneinander. Letztere bilden alsdann für die Ausbreitung des Grund wassers der durchlässigen Schicht ein Hindernis und zwingen dasselbe, sich nach oben zu ergießen. In der bei weitem groß-ten Zahl von Fallen knuvft sich die ^ Zirkulation des Grundwassers an das Vorhandensein von Sprüngen und Rissen der verschiedensten Art, welche ihm als Kanäle durch das Gestein die-nen. Diese unzähligen Brüche oder Lithoklasen, welche die Erdrinde nach allen Richtungen hin durchsetzen, zer-fallen in drei große Klassen, welche man als Leptoklasen, Diaklasen und Paraklasen bezeichnet (s. Lit h o k la- sen, Bd. 17, S. 532). Vermittelst eines solchen Netzes von Sprüngen können auch Gesteine, welche an und für sich undurchlässig sind, von Grundwasser getränkt sein [* ] (Fig. 4). Derartige Grundwasserniveaus kom-men in allen geologischen Schichten vor. So ist beson-ders die Kreide da, wo sie auf undurchlässigen Thon-massen liegt, an ihrer Basis von Wasser ganz durch-zogen.
Auch der Iura gibt durch die Wechsellagerung von zerklüfteten Kalkschichten mit Mergel und Thon Veranlassung zur Bildung von mehreren Grund-wasserniveaus; eine gleiche Bedeutung hat unter den Triasschichten die Abwechselung von Muschelkalk und Keuper. Selbst paläozoische und kristallinische Ge-steine enthalten nicht selten Grundwasser. Ganz gewöhnlich findet man Lithoklasen in der Niichbarschaft von eruptiven Gesteinen und Erzgängen. Hierher ge-. hören die Thermen von Plombières in Frankreich, Rippoldsau und Badenweiler in Baden, Kautenbach bei Trarbach in Rheinpreußen, Karlsbad und Ma-rienbad in Böhmen.
Gerade so wie die Spalten ver-halten sich die größern oder kleinern Hohlräume, welche sich besonders in Kalkgebirgen in großer Menge vorfinden. Dieselben sind in den meisten Fällen durch Erweiterung von Diaklasen entstanden, wobei entweder die chemische oder mechanische Thätig-keit des Wassers oder beide vereinigt wirksam waren. Das auf die Oberfläche eines Kalkbodens fallende Regenwasser wird durch zahlreiche Risse, Sprünge und Spalten selbst durch zwisc.henlagernde.
Mergel-und Thonschichten hindurch in die Tiefe geführt, wo es sich in Vertiesungen ansammelt, um dann von hier aus sofort als bedeutender Fluß wieder ans Tageslicht zu treten. Als Beispiel diene die Va.^ [* ] Fig. 3. Font a ni le. (Nach A. Daubrée.) NN Gruudwasserniveau , t konisch geformte Tonne, nach unten sich erweiternd. cluse (vom lateinischen vallls clausa, d. h. geschlossen nes Thal), die im südlichen Frankreich in de Nähe von Avignon am Fuße einer 200 1n hohen Fels-wand aus einem großen, fast kreisrunden Becken. entspringt , das in eine tiefe Grotte endet (s. Tafel, [* ] Fig. 1). Der Wasserstand der Quelle ist je nach der Jahreszeit ein verschiedener; im Frühjahr zur Zeit der Schneeschmelze ist derselbe so hoch, daß die ganze Grotte bis ans Gewölbe ausgefüllt ist, im Oktober enthält das Becken einen kleinen See mit ganz ruhigen Oberfläche.
Der Abfluß erfolgt durch zahlreiche Spal: ten im Kalkfelsen, aus dem sich in kurzer Entfernung davon 20 rauschende Bäche bilden (s. Tasel, [* ] Fig. 2). Meteoroloaische Beobachtungen haben die Abhängig- [* ] Fig. 4. Grundwasser in Kreide, die von Lithoklasen durchsetzt ist. (Nach A. Daubrée.) NN Grundwasserniveau, .^r. Kreide, T undurchlässiger Thon, Q Q..iellen. keit des Wasferstandes in dem Becken von der auf das Quellgebiet gefallenen Regenmenge dargethan. In allen bisher angeführten Fallen wird das Grundwasser durch die Wirkung der Schwere zu Tage gefördert, vielfach sind es aber komprimierte Gase, welche diese Thätigkeit verrichten.
Bei den Quellen vonNauheim in der Wetterau, Neuenahr im Ahrthal und Kissin-gen ist Kohlensäure das treibende Gas. Die Kohlen-wasserstoffausbrüche sind unter dem Namen dersogen. Schlammviilkaneulid Salsen bekannt. Nurwe-nige Länder Europas sind so reich an Ausbrüchen dieses Gases wie Italien in den Appenninen im Ge-biet von Bologna, Parma und Modena. Bisweilen kommen beide Gase in einer und derselben Quelle vereinigt vor, wie in dem Schlammvillkan Sali-nella bei Paterno am Fuße des Ätna. Kommt beim Herauswerfen des Wassers nur der Wasserdampf in Betracht, so heißen die Quellen Geiser. Das Auf-. treten derselben ist an vulkanische Gebiete gebunden . Am besten sind die Geiser im^südwestlichen Teile v u Island ausgeprägt, äußerst zahlreich sind sie auf Neuseeland in der Provinz Auckland und im
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stone Nationalpark in Kalifornien vertreten. Die Erscheinung dieser intermittierenden Springquellen erklärt sich nach der Theorie von Bunsen durch das Zusammenwirken zweier Faktoren, nämlich der Über-hitzung des Wassers durch Druck und plötzlicher Druckverminderung durch von oben erfolgende Ab-kühlung.. Die Geiser der beiden zuletzt genannten Gebiete zeigen aber eine auffallende Regelmäßigkeit der Eruption, die durch die Temperaturverhältnisse allein nicht zu stande kommt.
Wichtig ist in dieser Hinsicht, daß die Entwickelung der großen Dampf-blasen, welche regelmäßig in das große Geiserrohr eintreten, periodisch erfolgt. In dem großen Geiser muß, damit eine Eruption erfolgen kann, die Wasser-säule um etwa 2 m gehoben werden. Die in dem Schachte selbst entstehenden Dampfblaseii sind aber nicht im stande, eine derartige Hebung zu bewirken, es muß sich vielmehr in der Nähe des Geiserschachtes eine größere Dampfmenge entwickeln, welche dann, wenn sie ein gewisses Volumen erreicht hat, in den Schacht eindringt und die Wassersäule hebt.
Die Periodizität der Geisererscheinung ist also durch den Umstand zu erklären, daß sich in Hohlluumen neben [* ] Fig. 5. Temperatur der Quellen in der Oberrheini schen Tiefebene und den Vogesen. Die Buchstaben a bis f entsprechen den Temperaturen einige Quellen, die aus Verwerfnngen entspringen. (Nach A.Daubrée. a Küttolsheim, b Papierfabrik von Reideshoffen, c Keftenhol.^ d Sulzbad, e Niederbronn, f Wasselnheim. dem eigentlichen Geiserschachte Dampfansammlungei bilden, welche in den Schacht eintreten, sobald si^ den Hohlraum angefüllt haben. Infolge der Hebung welche das Geiserwasser dadurch erleidet, werde. tiefer liegende überhitzte Wassermassen eine plötzlich^ und heftige Dampfentwickelung zeigen, wenn di^ Hebung groß genug ist, um ein derartiges Druck verhältnis herzustellen, daß die Temperatur des vor her stärker belasteten Wassers nach verminderten Druck über seinem Siedepunkt liegt. Auch außerhalb der eigentlichen Vulkangebiete kommen Quellen mi hochtemperiertem Wasser vor, die auf Erdspalte) liegen.
Die bekanntesten sind diejenigen, welche il Toscana in der Nähe von Volterra Borsäure zu Tag fördern. Diese sogen. S o ff i o n i fallen mit einem aus gedehnten Netze von von NNW. nach SSO. verlaufen den Sprüngen zusammen und dehnen sich über ein Zone von etwa 60 km Länge und 37 km Breite aus Es sind Dampfsäulen, welche unter zischendem Ge räusch (daher der Name Soffioni) 10-15 m in di Höhe steigen (s. Tafel, [* ] Fig. 3). Durch Bohrungen sin^ in verschiedener Tiefe bis über 50 m neue Quelle. erschossen; der Dampfdruck beträgt 1,5-1,75 Atmo-sphären, die Temperatur steigt bis auf 100°. Zu derselben Klasse gehören die Lag o ni, Graben von einem Durchmesser bis zu 20 m und einer Tiefe von 1,5-2,5 m, die mit Wasser von 93-95° gefüllt sind, aus dessen wallender Oberfläche sich Säulen bis zu 2 m Höhe erheben.
Sind die Soffivni und Lagoni .eine Zeitlang in Thätigkeit gewesen, so ver-siegen sie, und an ihrer Stelle entstehen in einiger Entfernung neue Quellen. Das Ausbrechen derselben kündigt unterirdisches Geräusch an, die Erde wird an der betreffenden Stelle heiß, es öffnen sich Spal-ten und Risse, und eine geringe Erschütterung ge.. nügt, um den eingeschlossenen Dampf zum Durch-bruch zu bringen. Im großartigsten Maßstabe stoßen die Vulkane bei ihren Ausbrüchen Wasserdampf aus. aber auch, wenn sie nicht in eruptiver Thätigkeit sich befinden, entströmt ihnen Dampf aus Solfataren.
Als Typus diefes Zustandes kann die Solfatara von Pozzuoli dienen. Die mittlere Te m p era t u r der gewöhnlichenTrink.. wasserquellen liegt meist ein wenig über der mittlern Temperatur des Ortes. Die in der oberrheinischen Tiefebene, den Thälern derVogesen und des Schwarz-waldes gelegenen Quellen unterscheiden sich im all-gemeinen in ihrer mittlern Temperatur höchstens am o,8°. obgleich doch die Quellen in den geologisch verschiedensten Gebieten liegen.
Die mittlere Teni.. perutur der in der Rheinebene auftretenden Quellen beträgt 10,5°^ während das Grundwasser eine Temperatur von 10,2° besitzt. Mit zunehmender Erhebung über den Meeresspiegel nimmt die Quellentemperatur ab, wie das nebenstehende Diagramm erkennen läßt [* ] (Fig. 5). Die Temperaturabnahme ist aber keine gleich for-mige, wie die im Diagramm ausgezogene Linie be- weist. Bis zu 280 m ü. M. beträgt die Abnahme 1° auf 200 m, von 280 360 m Höhe ist die Vermin-derung bedeutend schneller, nämlich 1° auf 120 n..; von 360-- 920 m ist die Abnahme wieder gleich derjeni- gen in der untersten Stufe.
Ist die Temperatur der Quellen höher als die mittlere Ortstemperatur, so werden dieselben alsThermalquellen bezeichnet. Die wichtigsten Thermen des mittlern Europa find: Bi.irtscheid (Preußen) . 78° Teplitz-Schönau(Böhm.) 49° Karlsbad (Böhmen) . 74 Ems 47..^ Gastein (Österreich) . 71,5 Teplitz-Trentschin (Ungarn) 40 Plombières (Frankreich) 71 Nauheim (Nassau). . . 39 Wiesbaden 69 Pfäfers (Schweiz) ... 38 Baden-Baden ... 67 Wildbad (Württemberg) . 37 Ofen -Pest (Ungarn) . 61,3 Schinznach(Aargau,Schweiz)33 Aachen 55 Bertrich (Rheinpreußen) . 3. Mehadia (Ungarn) . . 55 Schlangenbad (Nafsau) . ^ Leiik (Schweiz) 51 Warmbrunn (Schlesien) . 3... Baden (Aargau, Schweiz) 50 ^ Die Schwankungen der jährlichen Temperatur fin.-. in einer Tiefe von ca. 25 m schon unmerklich, all-Quellen, welche eine höhere als die mittlere Tew-peratur des Ortes haben, müssen also aus em-r größern Tiefe stammen und verdanken ihren hohen Wärmegrad der Eigenwäruie der Erde.
Dura) di-. Verbiegung und Faltung der Gesteinsschichten wird das in den durchlässigen Lagen zirkulierelide ^... eingeschlossen auf beiden Seiten von undurchlässi.^.. Gestein, gezwungen, in mehr oder minder große .^ fen hinabzusteigen, um später, wenn es die in -.^ Tiese herrschende Temperatur angenommen hat, ..-'^ der an die Oberfläche geleitet zu werden. Die A.^ klinalen der Faltungen sind infolge der häns^ Brüche besonders geeignet, das Wasser wieder -.^ oben zu bringen. Daraus folgt, daß das ^--^ einer Quelle durchaus nicht immer der betreffen.- .^ Gegend entstammt, in welcher es zu Tua.e tr.-.-^ ^ den meisten Fällen hat es vorher in der Tiese ^ weiten Weg zurückgelegt, bis es durch s^ru^u^ Verhältnisse der Erdrinde wieder an die Oberl.^^