Grundwasserneubildung ist eine wichtige Komponente des natürlichen Wasserkreislaufs, die eine zentrale Bedeutung für die nachhaltige Nutzung der Grundwasserressourcen hat. Zukünftige Landnutzungsänderungen und Verschiebungen durch den Klimawandel erfordern mehr denn je detailliertes Wissen über räumliche Verteilung, Intensität und zeitliche Variabilität der Grundwasserneubildung, ebenso, wie der Eintrag von Düngemitteln und Agrochemikalien ins Grundwasser. Ihre Abschätzung und Messung ist jedoch schwierig, da sie räumlich und zeitlich sehr variabel ist, große Gebiete betrifft und nicht direkt von der Landoberfläche messbar ist. Die Anwendung von Messungen des natürlichen Neutronenhintergrunds an der Landoberfläche (CRNS) könnte erstmalig konkret dazu genutzt werden, Grundwasserneubildungsraten für größere Flächen als bisher abzuschätzen. Durch die hohe Sensitivität und die räumliche Mittelung der Methode kann nicht nur die Dynamik der Bodenfeuchte im Oberboden repräsentativ und nicht-invasiv erfasst werden, sondern ebenso Schnee, der als saisonaler Wasserspeicher einen relevanten und kurzfristigen Beitrag zur Grundwasserneubildung liefern kann. Die Forschungsfragen dieses Teilprojekts der Forschergruppe 'Cosmic Sense' konzentrieren sich darauf, 1) wie die gewonnenen CRNS Daten zur Abschätzung der Grundwasserneubildung eingesetzt werden können, auch wenn mit CRNS allein bisher noch keine komplette Wasserbilanz des gesamten Bodenkompartiments möglich ist; 2) diese Abschätzung bei der experimentellen Untersuchung mehrerer, unterschiedlicher Standorte einzusetzen und zu validieren; und 3) über CRNS erstmalig auch Schnee in die Bilanzierung einzubeziehen und Schneewasseräquivalente für hydrologische Modelle zur Verfügung zu stellen. Für die Interpretation der experimentellen Daten werden sowohl die Ergebnisse eindimensionaler Simulationen der Bodenwasserströmung herangezogen als auch der Vergleich mit einer hydrogeophysikalischen Messung der Wasserverteilung im Boden bis zum Grundwasser (in einem anderen Teilprojekt). Bei den beiden Großversuchskampagnen der Forschergruppe wird die Grundwasserneubildung für das am jeweiligen Standort (in einem anderen Teilprojekt) installierte großflächige CRNS-Bodenfeuchte-Netzwerk über diese Methodik ermittelt. Die räumliche Verteilung und zeitliche Dynamik der Grundwasserneubildungsrate wird dann in einem numerischen Grundwassermodell für das Gebiet zusammengeführt und beides wird zur Überprüfung der Gesamtwasserbilanz des Gebietes im jeweiligen Großversuch dienen.
Eine wesentliche Grundlage für die Festlegung von Bodenwerten in der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) sind Kenntnisse der Hintergrundbelastung von Schadstoffen in Böden. Für die Kennzeichnung der Hintergrund-belastung werden repräsentative, statistisch abgeleitete Werte für den allgemein verbreiteten Stoffgehalt in Böden (sogenannte Hintergrundwerte, HGW) herangezogen. Dringend benötigt werden bundesweite HGW für Gesamt- und Eluatgehalte von per- und polyfluorierten Chemikalien (PFAS) in landwirtschaftlich genutzten Böden. Darüber ist eine Untersuchung erforderlich, ob für folgenden und weitere chemische Verbindungen bodenrechtliche Regelungen erforderlich sind: Polybromierte Diphenylether (PBDE), Decabromdiphenylethan (BDPE-209), Hexabromcyclododecan (HBCDD), Tributylzinn-Verbindungen (TBT), Nonylphenole (NP), Diethylhexylphthalat (DEHP), Bisphenol A (BPA), Siloxane. Ziel des Forschungsprojekts ist eine chemische Analyse (Gesamt- und Eluatgehalte) des bundesweiten Vorkommens von PFAS in Böden sowie eine Priorisierung von weiteren o.g. organischen Verbindungen, für die in nachfolgenden Forschungsprojekten eine Ableitung von bundesweiten HGW angestrebt werden sollte. Gegenstand der Untersuchungen sind die im Forschungsprojekt FKZ 3720 72 288 0 (Vorläuferprojekt) bundesweit zu entnehmenden 600 Bodenproben von landwirtschaftlich genutzten Oberböden (400 Acker- und 200 Grünlandproben). Die Analyse der Gehalte von organischen Verbindungen in diesen Proben soll wie nachfolgend benannt vorgenommen werden: (1) Bestimmung der Gehalte von PFAS (Gesamt- und Eluatgehalte) in 600 aktuellen Bodenproben und (2) Bestimmung der Gehalte von PBDE, BDPE-209, HBCDD, TBT, NP, DEHP, BPA, Siloxane und weiteren ausgewählten Chemikalien in 50 aktuellen (aus den Jahren 2021-2024) und 50 Rückstellproben (aus den Jahren 2009-2012).