Der Klimawandel führt nicht nur zur Erwärmung an der Erdoberfläche, sondern hat auch Auswirkungen bis in den Untergrund und auf das Grundwasser. In der Tiefe zeichnet die Grundwassertemperatur die Entwicklung der Luft- und Bodentemperatur nach. Vor allem in Großstädten spielt die Erwärmung des Untergrunds eine wichtige Rolle. Neben Veränderungen der Lufttemperatur sind dabei auch Wärmequellen wie U-Bahnen, Parkhäuser, Straßen, Kanäle und Leitungen relevant, deren Wärmeemission aber auch zu einem erheblichen Teil mit dem Klimawandel in ursächlichem Zusammenhang steht. Vor allem bei aktiver Kühlung dieser Infrastruktur mit Klimaanlagen wird Wärme an den umgebenden Untergrund abgegeben. Mit der zunehmenden Nutzung von Geothermie wird der Prozess der sommerlichen Erwärmung weiter angeheizt, denn Geothermie wird nicht nur im Winter zum Heizen genutzt, sondern auch im Sommer zur Kühlung. So wird in vielen Büroräumen schon heute Sommerwärme ins Grundwasser geleitet.
Beobachtungen an drei Grundwassermessstellen, davon zwei im Bereich der Geest und eine im Bereich der Marsch, machen deutlich, dass die mittlere Grundwassertemperatur im hydrologischen Jahr zwischen 2006 und 2024 signifikant gestiegen ist. Besonders deutlich ist diese Entwicklung seit den 2010er Jahren, in denen auch die Jahresmitteltemperatur der Luft in Hamburg sehr deutlich angestiegen ist. Die Erhöhungen im hydrologischen Winter- und Sommerhalbjahr sind in etwa vergleichbar.
Das Grundwasser ist ein eigenständiges und stark isoliertes Ökosystem. In einem Umfeld ohne Licht, ohne Konkurrenz, mit nur sehr wenig Nahrung und Sauerstoff sowie nahezu vollständiger Isolation sind die Lebewesen hochgradig spezialisiert und gegenüber Veränderungen außerordentlich empfindlich. Auch eine leichte Erwärmung kann hier eine Kette biologischer und chemischer Prozesse anstoßen. Nicht auszuschließen ist, dass durch die Erwärmung auch die Trinkwasserqualität beeinträchtigt wird, denn die Lebensgemeinschaften im Grundwasser reinigen einsickerndes Oberflächenwasser. Sie zerkleinern und zersetzen die eingetragenen organischen Stoffe, halten die Porenräume offen, fressen die sich bildenden Biofilme und regen die biologische Selbstreinigung an.
