Lexikon des Agrarraums

Ogallala-Aquifer

Der Ogallala-Aquifer, der auch als High Plains Aquifer bekannt ist, ist ein riesiger, aber flacher unterirdischer Grundwasserleiter, der sich unter den Great Plains in den Vereinigten Staaten befindet.

Als einer der weltweit größten Grundwasserleiter erstreckt er sich über eine Fläche von mehr als 450.000 km² unter den acht US-Bundesstaaten South Dakota, Nebraska, Wyoming, Colorado, Kansas, Oklahoma, New Mexico und Texas. Sein Name leitet sich von der Ogallala-Formation ab, die 1899 von Nelson Horatio Darton nach ihrer Typlokalität nahe der Kleinstadt Ogallala in Nebraska benannt wurde.

Geologie und Hydrologie

Die Ablagerung des Aquifer-Gesteins reicht zwei bis sechs Mio. Jahre zurück, vom späten Miozän bis zum frühen Pliozän, als die südlichen Rocky Mountains noch tektonisch aktiv waren. Die Erosion der Rocky Mountains lieferte Geröll und äolische Sedimente, die das gesamte Gebiet des heutigen Aquifers bedeckten und die wasserführende Ogallala-Formation bildeten.

Die wassergesättigte Mächtigkeit der Ogallala-Formation reicht von wenigen Metern bis zu mehr als 300 m. Die Tiefe des Wassers unter der Landoberfläche reicht von fast 120 m in Teilen des Nordens bis zu 30 m in weiten Teilen des Südens. Die heutige Anreicherung des Grundwasserleiters mit Süßwasser erfolgt äußerst langsam, was darauf hindeutet, dass ein Großteil des Wassers in den Porenräumen Paläowasser ist, das auf die jüngste Eiszeit und wahrscheinlich noch früher zurückgeht.

Die Geschwindigkeit der Grundwasserneubildung wird durch mehrere Faktoren begrenzt. Ein großer Teil des Flachlands ist semiarid, mit stetigen Winden, die die Verdunstung von Oberflächenwasser und Niederschlägen beschleunigen. Vielerorts wird der Grundwasserleiter in der vadosen Zone von einer flachen, praktisch undurchlässigen Caliche-Schicht (Krusten löslicher Calciumsalze mit Kies-, Sand-, Silt- und Tonkomponenten) überlagert, wodurch die Wassermenge, die den Grundwasserleiter von der Landoberfläche anreichern kann, begrenzt wird. Die Anreicherung des Grundwasserleiters reicht von 0,61 mm pro Jahr in Teilen von Texas und New Mexico bis zu 150 mm pro Jahr im Süden von Kansas.

Das Grundwasser in der Ogallala fließt im Allgemeinen von Westen nach Osten mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von einem Fuß pro Tag. Die Wasserqualität in der Ogallala variiert, wobei die höchste Qualität für Trinkwasser und Bewässerung in der nördlichen Region vorliegt, während die südliche Region die schlechteste Qualität aufweist. Menschliche und natürliche Prozesse in den letzten 60 bis 70 Jahren, einschließlich der Bewässerungsdichte, des Klimas und des Stickstoffeinsatzes, haben zu höheren Konzentrationen von Schadstoffen, einschließlich Nitraten, geführt. Die Nitratwerte entsprechen im Allgemeinen den USGS-Wasserqualitätsnormen, steigen aber im Laufe der Zeit immer weiter an. Dieser Trend kann sich auf die zukünftige Nachhaltigkeit des Grundwassers in Teilen des Aquifers auswirken.

Nutzung und Übernutzung

Die Regionen, die über dem Ogallala-Aquifer liegen, gehören zu den produktivsten Regionen der Vereinigten Staaten für die Viehwirtschaft und den Anbau von Mais, Weizen und Sojabohnen. Der Erfolg der großflächigen Landwirtschaft in Gebieten, die nicht über ausreichende Niederschläge und nicht immer über ganzjähriges Oberflächenwasser zur Bewässerung verfügen, hängt in hohem Maße von der Förderung von Grundwasser zur Bewässerung ab. Im Jahr 2007 betrug der Marktwert der landwirtschaftlichen Erzeugnisse aus dieser Region etwa 35 Milliarden Dollar, was 11,6 % des gesamten Marktwerts der landwirtschaftlichen Erzeugnisse in den Vereinigten Staaten ausmachte.

Die frühen Siedler in den semiariden High Plains wurden von Ernteausfällen aufgrund von Dürreperioden und falscher Nutzung geplagt. Die Umwandlung von einheimischem Grasland für den Ackerbau in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts, gefolgt von lang anhaltender Trockenheit, führte zu schweren Staubstürmen, die als Dust Bowl der 1930er Jahre bekannt wurden.

Erst nach dem Zweiten Weltkrieg, als die Center-Pivot-Bewässerung verfügbar wurde, verwandelte sich das Land über dem High Plains Aquifer System in eine der landwirtschaftlich produktivsten Regionen der Welt.

Der Aquifer wurde erstmals 1911 für landwirtschaftliche Bewässerung verwendet, die Massennutzung begann jedoch erst in den 1930er Jahren und erlebte einen zweiten Schub in den 1950ern, als die nun fast flächendeckende Versorgung mit elektrischem Strom auch in den ländlichen Gegenden und die Verfügbarkeit billiger und effizienter Turbinenpumpen bessere Fördermöglichkeiten für das Wasser boten. Da die Grundwasserentnahmerate bald die Grundwasserneubildungsrate übertraf, begann der Grundwasserspiegel schnell zu sinken.

Heutigen Schätzungen zufolge liegt die Quote von entnommenem zu neugebildetem Grundwasser bei etwa 25, das heißt, dass für 25 Liter entnommenen Grundwassers nur ein Liter neu gebildet wird. An manchen Stellen wurde ein Absinken des Grundwasserspiegels von bis zu 1,50 Metern pro Jahr gemessen. In einigen extremen Fällen mussten Bohrlöcher für die Pumpen bereits tiefer in die Erde getrieben werden, um noch an Wasser zu gelangen. Einige Teile des Aquifers sind bereits wasserlos, also ausgetrocknet. Falls diese Entwicklung anhält, könnte der übermäßige Wasserverbrauch mittelfristig zu einem Zusammenbruch der Landwirtschaft in der Gegend führen.

Des Weiteren liegen einige Flüsse der Region, wie zum Beispiel der Platte River, teilweise noch unterhalb des Grundwasserspiegels, was dem Aquifer zusätzlich Wasser entzieht.

National Climate Assessment: Great Plains’ Ogallala Aquifer drying out

Die Karte zeigt die Entwicklung des Ogallala-Wasserstands von der Zeit vor der Anzapfung des Aquifers bis 2015. Sinkende Pegel erscheinen in Rot und Orange, steigende Pegel in Blautönen. Je dunkler die Farbe, desto größer die Veränderung. Grau bedeutet keine signifikante Veränderung.

Obwohl die Wasserstände in einigen Gebieten, insbesondere in Nebraska, gestiegen sind, sind die Wasserstände vor allem von Kansas nach Süden hin rückläufig.

Jüngste Fortschritte im Bereich der Präzisionsbewässerungstechnologien, ein besseres Verständnis der Auswirkungen verschiedener Strategien zur Bewirtschaftung von Trockengebieten und zur Bewässerung auf die Pflanzenproduktivität sowie die Einführung wetterabhängiger Instrumente zur Bewässerungsplanung und trockenheitstoleranter Pflanzensorten haben die Fähigkeit verbessert, mit dem prognostizierten Hitzestress und den Trockenheitsbedingungen im Zuge des Klimawandels umzugehen. Allerdings übersteigt die derzeitige Entnahme für die Bewässerung bei weitem die Neubildung in diesem Grundwasserleiter, und der Klimawandel übt zusätzlichen Druck auf diese kritische Wasserressource aus.

Quelle: NOAA

Weitere Informationen:

• Infoblatt Ogallala-Aquifer (Klett)