Hydrogeochemisches Fingerprinting und reaktive Transportmodellierung für ein nachhaltiges Grundwassermanagement im bergbaubeeinflussten Pra-Becken in Ghana

• Antragsteller: Dr. Evans Manu
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578118617

Die Verschmutzung des Grundwassers durch handwerklichen und kleingewerblichen Goldbergbau (ASGM) stellt eine zunehmende Bedrohung für die Wassersicherheit in Subsahara-Afrika dar. Im Pra-Becken in Ghana ist Grundwasser die Hauptquelle für Trinkwasser von Millionen Menschen. Illegale Bergbauaktivitäten führen jedoch zur Einleitung toxischer Stoffe wie Quecksilber, Arsen und Schwermetallen, was erhebliche Risiken für Umwelt und Gesundheit verursacht. Trotz zahlreicher Studien zu den Umweltfolgen des Bergbaus besteht bislang nur begrenztes wissenschaftliches Verständnis darüber, wie sich diese Schadstoffe im Untergrund verhalten – insbesondere im Hinblick auf ihre Mobilisierung, ihren Transport und ihre Umwandlung in komplexen hydrogeologischen Systemen tropischer Bergbauregionen. Ziel dieses Projekts ist es, ein integriertes wissenschaftliches Rahmenwerk zu entwickeln, das hydrogeochemisches Fingerprinting mit reaktiver Transportmodellierung kombiniert, um die Ausbreitung und das Verhalten von Schadstoffen zu analysieren und ein nachhaltiges Grundwassermanagement zu ermöglichen. Die methodische Innovation besteht darin, fortgeschrittene analytische und modellgestützte Verfahren, die vorwiegend in gemäßigten Klimazonen angewendet wurden, für die spezifischen tropischen Bedingungen des Pra-Beckens anzupassen. Ausgangspunkt ist die Erstellung eines konzeptionellen Modells der Aquiferstruktur und der Grundwasserneubildung, basierend auf vorhandenen Daten und gezielten Felduntersuchungen. Im Anschluss werden hydrogeochemische Verhältnisse durch saisonale Probenahmen und Laboranalysen (Hauptionen, Spurenelemente, Seltene Erden, stabile Isotope, Alters-Tracer) detailliert charakterisiert. Diese Daten dienen der Identifikation von Fließwegen und Kontaminationsquellen. Darauf aufbauend kommen statistische Methoden wie End-Member Mixing Analysis und isotopische Massenbilanzen zum Einsatz, um die Beiträge verschiedener Verschmutzungsquellen (z. B. Bergbau, Landwirtschaft, geogene Einträge) quantitativ zu bestimmen. Ein gekoppeltes Strömungs- und Reaktivtransportmodell wird mithilfe von MODFLOW und PHT3D entwickelt, um die Mobilität und das Verhalten von Schadstoffen unter variierenden geochemischen Bedingungen zu simulieren. Abschließend werden Zukunftsszenarien wie Klimawandel, Bergbauintensivierung und veränderte Wasserentnahme analysiert, um die Vulnerabilität des Systems zu bewerten und wissenschaftlich fundierte Handlungsempfehlungen zu entwickeln. Das Projekt baut direkt auf der Dissertation des Antragstellers auf, die bereits eine einzigartige Datengrundlage und ein validiertes konzeptionelles Modell geliefert hat. Es stellt einen wichtigen Schritt zur wissenschaftlichen Unabhängigkeit dar und leistet einen relevanten Beitrag zur hydrogeochemischen Forschung in rohstoffarmen, tropischen Regionen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle