Unkonventionelles Gas, gewonnen durch so genanntes Fracking, macht inzwischen etwa ein Drittel der US-amerikanischen Gasförderung aus, und auch in Europa soll bald Gas fließen, das jetzt noch im Gestein gefangen ist. Kritiker allerdings fürchten, dass die Technik das Grundwasser gefährden könnte. In den USA sind mehrere Fälle bekannt geworden, in denen Anwohner nahe gelegene Bohrlöcher für mit Kohlenwasserstoffen verschmutzte Brunnen verantwortlich machen. Die Förderunternehmen dagegen gehen davon aus, dass das Gas im Grundwasser natürlichen Ursprungs sei.

Ein Team um den Geowissenschaftler Thomas Darrah von der Duke University hat jetzt einen wichtigen Schritt zur Klärung dieser Streitfrage gemacht. Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass tatsächlich in einigen Fällen Gas aus Fracking-Bohrungen in oberflächennahe Grundwasserleiter eindringt – und damit in die Privatbrunnen der Grundbesitzer.

Untersuchungsgegenstand von Darrah und Kollegen waren insgesamt 134 Brunnen über den Gaslagerstätten der Marcellus- und Barnett-Formation in den USA, aus denen im Gestein feststeckendes Gas durch Fracking gewonnen wird. Die Wissenschaftler betrachteten ausschließlich Brunnen, in denen bekanntermaßen größere Mengen Kohlenwasserstoffe zu finden sind, und untersuchten deren Isotopenzusammensetzung sowie die Bestandteile der Edelgasfraktion. Letztere unterscheiden sich deutlich, je nachdem ob das Wasser von unten oder von oben kommt. Aus der Atmosphäre nehmen Wässer ²⁰Ne, ³⁶Ar und ⁸⁴Kr auf, während aus dem Zerfall radioaktiver Elemente im Gestein das Wasser mit den Radioisotopen ⁴He, ²¹Ne und ⁴⁰Ar anreichert.

Beide Daten zusammen ergeben einen chemischen Fingerabdruck, anhand dessen sich Gasgemische verschiedener Herkunft leicht unterscheiden lassen. Demnach ist das Gas in den allermeisten Brunnen natürlicher Herkunft – allerdings fand das Team bei insgesamt acht Brunnen auch Anzeichen für eine Kontamination durch die Fracking-Bohrungen.

Natürlicherweise methanhaltige Grundwässer, erkennbar daran, dass sich ihre Zusammensetzung in Quellen nah an Fracking-Bohrungen und weit entfernt davon gleicht, enthalten eine Mischung kohlenwasserstoffreicher Laugen aus der Tiefe und Regenwasser von der Oberfläche, die sich während des langsamen Aufstiegs vermischt haben – was man an den Edelgasprofilen erkennen kann.

Anderes Gas jedoch steigt, wie die Forscher herausfanden, durch vom Menschen ausgelöste Prozesse sehr viel schneller auf. So liegen über den eigentlichen Lagerstätten oft Gesteine, die ebenfalls Gas enthalten, aber nicht förderwürdig sind, sondern beim Fracking nur durchbohrt werden. Ist das Bohrloch anschließend nicht sauber verschalt, kann dieses Gas nach oben in Wasser führende Schichten wandern. Tatsächlich fanden die Forscher heraus, dass dieser Mechanismus für die erhöhten Gaskonzentrationen in vier der untersuchten Quellen verantwortlich war.

Drei weitere kontaminierte Quellen gehen wohl auf korrodierte Rohrleitungen zurück, aus denen das geförderte Gasgemisch ins Grundwasser gelangte, sowie eine auf mechanisches Versagen in einer Bohrung. Zusätzlich entdeckten die Forscher zwei Brunnen, die bei der ersten Probennahme im Dezember 2012 noch ein natürliches Profil zeigten, im August 2013 dagegen weit mehr Kohlenwasserstoffe sowie die typischen Edelgasmarker für tiefe Gesteinsschichten enthielten – ein deutlicher Hinweis auf eine menschengemachte Kontamination. Eine der häufigsten Befürchtungen von Fracking-Kritikern allerdings konnten die Forscher nicht bestätigen: Dass Gase und damit möglicherweise auch Fracking-Chemikalien durch neu geschaffene Klüfte aus den gefrackten Schichten direkt ins Grundwasser aufgestiegen sind, schließen Darrah und seine Kollegen anhand der Edelgasprofile aus.