Wasserkreislauf der Erde 1 EinführungAngetrieben von der Wärmeenergie der Sonne werden auf der Erde große Wassermengen vom Meer zum Festland und wieder zurück - in der Abfolge - Verdunstung, Niederschlag, Abfluss - transportiert. Diese ständige Verlagerung des Wassers zwischen Land, Meer und Atmosphäre bezeichnet man als Wasserkreislauf der Erde. (Terra Geographielehrbuch Kl. 10, S. 130) Im Wasserkreislauf treten die beteiligten Wassermengen wechselweise in gasförmiger, fester oder flüssiger Form auf. Der Wasserkreislauf stellt eine Folge von Transport- und Speicherprozessen in den verschiedenen Aggregatzuständen des Wassers dar. 2 Der Wasserkreislauf der Erde2. 1 Der Wasserhaushalt Auf der Erde gibt es 1,36 Mrd. km³ Wasser („Zeitbild“ – Presse und Informationsamt der Bundesregierung Bonn; Dez. `92/ Jan. `93). Diese unvorstellbare Menge bleibt in verschiedenen Kreisläufen, in denen sie sich befindet, konstant. Unserem Planeten geht kein Wasser verloren, es kommt aber auch kein Wasser hinzu. Die Grundgleichung für den Wasserhaushalt der Erde lautet daher Ve = Ne (mittlere Verdunstung auf der Erdoberfläche ist gleich dem mittleren Niederschlag auf die Erdoberfläche). Das im Wasserkreislauf zirkulierende Wasser kann auch quantitativ ermittelt werden. Es gelten verschiedene Wasserhaushaltsgleichungen a) für das Festland: Nl = Vl + Al und b) für die Weltmeere: Nm = Vm – Al (Marcinek,J., Rosenkranz, E., S. 29) In der Erdatmosphäre befinden sich etwa 12.300 km³ Wasser in Form von Wasserdampf. Man nimmt an, daß jährlich 475.000 km³ auf die gesamte Erdoberfläche (510 Mio. km² = 361,1 Mio. km² Meeresfläche und . 148,9 Mio. km² Landfläche) fällt.Die im Bodenwasser und Polareis festgelegten Süßwassermassen sind dem Wasserkreislauf ca. 10.000 Jahre entzogen. Das entspricht dem Zeitraum von der letzten Eiszeit bis zur Gegenwart ( Beste, D. Kälke, M. S. 16/ 17 ). Mit fast 30 Mio. km³ umfasst das in den Polargebieten als Eis gebundene Wasser ca. 70% der gesamten Süßwasserreserven. Eine geringere Verweildauer ergibt sich in Flüssen, Seen und Mooren sowie als Bodenfeuchte gespeicherte Süßwasservorräte.
Die Diskrepanz zwischen der Wassermenge in der Atmosphäre und dem jährlichen Niederschlag auf der Erdoberfläche führt in den Wasserkreislauf hinein. „ Der Wasserdampf muss sich jährlich 38,5 mal, d.h. alle 9,5 Tage umsetzen, um die angenommene Niederschlagsmenge von fast 475.000 km³ zu erzeugen.“ Da nicht jedes Mal der in der Atmosphäre befindliche Wasserdampf von 112.300 km umgesetzt wird, muss man annehmen, dass der Umschlag zum Teil noch schneller als angegeben erfolgt. (Hendl, M., Liedtke, H., S. 211 / Rosenkranz ) 2. 2 Die Verdunstung und der Niederschlag Das Wasser gelangt durch Verdunstung von der Meeresoberfläche in die Atmosphäre. Der aufsteigende Wasserdampf kühlt sich in der Höhe ab und kondensiert zu Wolken. Bei weiterer Abkühlung geben diese ihre Feuchtigkeit als Niederschlag ab. (Kohlhammer, S. ) „ Der größere Teil der Meeresverdunstung (Vm – ca. 90%) fällt als Niederschlag direkt auf das Meer (Nm direkt) zurück,“ der andere Teil – ca. 10% - dagegen wird von den Winden über die Kontinente transportiert, wo das Wasser als Niederschlag über dem Land (Nl) ausfällt. (Rosenkranz, S. 211) Der Niederschlag brauch die Erdoberfläche nicht zu erreichen, er kann schon auf dem Weg dorthin verdunsten. (Hendl, M., Liedtke, H., S. 455) Meteorologen bezeichnen Niederschläge als „fallende Hydrometeore“ und unterscheiden 11 verschiedene Niederschlagsformen. (Beste, D., Kälke; M., S. 33) Da von der Landoberfläche ständig Wasser verdunstet, entstammt ein Teil der Niederschläge der Festlandsoberfläche. 2. 3 Die Verdunstung über dem Festland Der auf das Festland fallende Niederschlag ( Nl ) nimmt verschiedene Wege. a )Teils verdunstet er unmittelbar von Oberflächen ( Evaporation ), z. B. Landflächen, Flüssen, Seeflächen b ) teils wird er von Pflanzen aufgenommen und gelangt durch Transpiration erneut in die Atmosphäre. Es wird geschätzt, dass Pflanzen durch die Transpiration mit ca. 12% zu der gesamten, an der Erdoberfläche verdunstenden Wassermenge beitragen. a) und b ) ergeben zusammen die Gesamtverdunstung von der Landfläche der Erde ( Vl ) die Evapotranspiration. (Dyck, S. 20/ 21) Meteorologische Bedingungen, Relief, Bodenart, geologische Verhältnisse sowie gesellschaftliche Einwirkungen haben Einfluss auf die Verdunstung. (Rosenkranz, S. 38) 2. 4 Der Abfluss des Niederschlags Der von der Verdunstung übrig gelassene Teil des Niederschlags fließt von den Landflächen der Erde ab (Al). Mit dem Begriff Abfluss wird der Transport des Wassers auf, bzw. unter den Landflächen bezeichnet. a) Teils fließt er oberflächlich als Niederschlagswasser ohne große Umwege in Bächen und Flüsse ins Meer zurück, b) 30% des Niederschlages gelangt er als Sickerwasser in tiefer gelegene Gesteinsschichten und trägt zur Grundwasserneubildung bei. (Kuntze, Roschmann, Schwerdfeger, S. 186) Das Grundwasser, welches unterirdisch Oberflächengewässern zuströmt, wird über diese wieder zum Meer zurück-transportiert (außer bei Hochwasser), die Aufenthaltszeit in den grundwasserführenden Gesteinen beträgt für oberflächennahe Grundwasservorkommen etwa 300 Jahre, für tiefere Grundwasservorkommen ca. 1.400 Jahre. (Marcinek, S. 42) c) Das Wasser kann aber auch als Zwischenabfluss (Interflow) in Vorfluter fließen., d. h. Wasser passiert den ungesättigten Bereich in Oberflächennähe, erreicht das Grundwasser aber nicht, da es vorher auf eine wasserundurchlässige Schicht stößt. (Leser, H., S. 356) d) Ein weiterer Teil des Niederschlags fällt auf Pflanzen, von dort aus kann er verdunsten (Evaporation), als durchtropfender Niederschlag die Erdoberfläche erreichen oder zum Stammabfluss werden. Dies bezeichnet man als Interzeption und wird durch meteorologische Faktoren und die Vegetation beeinflusst. (Dyck, S.,Peschke, G.,S. 364) e) Teils kann das Niederschlagswasser in fester Form über längere Zeiträume, vor allem in Polarregionen und im Hochgebirge, als Schnee und Eis gespeichert werden. Die gespeicherten Wassermassen können teilweise in Bewegung geraten, z. B. durch Gletscherfluss und Lawinen können diese Wassermassen transportiert werden und durch schmelzen oder verdunsten wieder am Wasserkreislauf teilnehmen. Auch losgelöste Eisbrocken von Gletschern können als Eisberge in Seen oder Ozeane gelangen, große Strecken transportiert werden und dann schmelzen. Das vom Festland abfließende Wasser wird hauptsächlich über die Flüsse dem Meer zugeführt und der Kreislauf schließt sich. Im Meer übernehmen Strömungen „die räumliche Verteilung des Abflusses von der Landfläche (Al) und des gefallenen Niederschlages auf die Meeresfläche (Nm)“ 2. 5 Faktoren die den Wasserkreislauf beeinflussen Der Wasserkreislauf kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden: a) Oberflächenfaktoren: Geländegestalt, Hangneigung, Bodenverdichtung u. a. b) Atmosphärische Faktoren: Wind, Temperatur, Strahlung u. a. c) Vegetationsfaktoren: Pflanzenart, -dichte, Vegetationsrückstände u. a. d) Bodenfaktoren: Bodenfeuchte, Korngröße u. a. Der Mensch kann den Wasserkreislauf auch beeinflussen, dies geschieht bewusst oder unbewusst. Solche Einflüsse sind, z. B., der Eingriff des Menschen in das Gewässerbett, das Anlegen von Staubecken, aber auch Auswirkungen großflächiger Waldrodungen un fortschreitender Desertifikation. 3 Die Entstehung des WassersDie gesamte Materie der Erde stammt aus dem Weltall, daher kann man sagen das auch das Wasser der Erde aus dem Weltraum stammt. Die Entstehung des Wassers ist auch eng mit der Erdentstehung verbunden.Vor ca. 5 Mrd. Jahre verdichtete sich der vorplanetare Nebel, der um die Sonne kreiste, zu festen Körpern – die 9 Planeten entstanden.Das Primärmaterial der Erde schmolz auf, die nötige Energie dazu lieferte die Umwandlung der kinetischen Energie einschlagender Meteoriten in thermische Energie sowie radioaktive Elemente.Es kam zur Abkühlung des Erde und die Materie differenzierte sich zu einer flüssigen Schmelze im Inneren und einer gasförmigen Hülle. Nach weiterer Abkühlung erstarrte das flüssige Material oberflächig, die Erdoberfläche entstand. Der Erdkörper begann zu entgasen, dies ist ein magmatischer Prozess. Die Gase entwichen vor allem durch Vulkanausbrüche und so gelangte das Wasser in die Atmosphäre. Vor ca. 4 Mrd. Jahren hatte die Erde dann eine feste Erdkruste, das Wasser in der Atmosphäre kondensierte und es kam zu ersten Niederschlägen. Zuerst verdunstete das Wasser aber sofort wieder da die Temperatur der Oberfläche noch über 100°C betrug. Nachdem die Erdoberflächentemperatur auf unter 100°C abgekühlt war blieb das Wasser liegen und sammelte sich in Vertiefungen an. Es entstanden Seen, Ozeane und ein Gewässernetz. Dies sind auch die Voraussetzungen für das Entstehen der Hydrosphäre und des Wasserkreislaufes. (Rosenkranz, S. 17/ 18) 4 Die Bedeutung des Wassers auf der Erde„Wasser ist Leben“ – diese These trifft zu, da es ohne das Molekül Wasser auf der Erde kein Leben möglich wäre. Im Wasser sind vor ca. 4 bis 4,5 Mrd. Jahren die ersten Lebewesen entstanden. Da bis dahin kaum Sauerstoff in der Erdatmosphäre vorhanden war vollzog sich die Evolution auch zuerst in den Meeren. Vor ca. 3 Mrd. setzte dann die Photolyse des Wassers ein, es entstand Sauerstoff, vor allen durch die Photosynthese der Blaualgen. Später entwickelte sich auch erstes tierisches Leben im Wasser. Erst eine entsprechende Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre ermöglichte die Entwicklung pflanzlicher und tierischer Organismen auf dem Land. 4 Die Bedeutung des WassersDas Wasser der Erde erfüllt viele Bedeutungen, deshalb wurde auch die These „Wasser ist Leben“ geprägt, der Mensch besteht zu ca. 70% aus diesem Dipol-Molekül. Zum einem ist das Leben im Wasser entstanden, zum anderen ist es auch Lebensraum von Tieren und Pflanzen. Wasser ist auch eines, wenn nicht das wichtigste Lebensmittel für Mensch und Tier. Es wird auch als Heilmittel verwendet, besonders an Mineral-, bzw. Thermalquellen. Man verwendet Wasser aber auch als Lösungsmittel verschiedener Substanzen, z. B. Salz oder Kalk, sowie Roh-, Hilfs- und Betriebsstoff. Es wirkt aber auch als klimaprägendes Element, der Unterschied zwischen maritimen und kontinentalen Klima macht sich bemerkbar. Außerdem wirkt Wasser als exogene Kraft bei der Bodenbildung und Oberflächenformung, Wasser bewirkt u. a. Erosion oder formt die Erde fluvial und glazial. Wasser ist aber auch ein wichtiger Energieträger, man nutzt das heiße Wasser von Thermalquellen, betreibt Gezeitenkraftwerke oder Wasserkraftwerke an Staudämmen. 5 Gegenüberstellung humider und arider Gebiete 5. 1 Humide Gebiete Humide Gebiete sind durch einen Wasserüberschuss geprägt, das heißt der Niederschlag ist größer als die Verdunstung. Da die Wasserbewegung von Oben nach Unten verläuft, sind diese Böden meist tiefgründig verwittert und ausgewaschen, es kommt zu einer Nährstoffanreicherung im Illuvial-Horizont. Aufgrund dieser Eigenschaften ist der Tropische Regenwald ein schlechter Pflanzenstandort, die Artenvielfalt kommt aber zustande, da er „von-der-Hand-in-den-Mund“ lebt, d.h. Niederschlag und Nährstoffe werden von der Vegetation sofort aufgenommen und gelangen gar nicht erst in großen Mengen in den Boden. Humidität ist in den immerfeuchten Tropen, den Subtropen, aber auch der subpolaren Klimazone zu finden.
5. 2 Aride Gebiete In ariden Gebieten, wie Wüsten und Halbwüste ist die Verdunstung größer als der Niederschlag. Da die Wasserbewegung in solchen Gebieten von Unten nach Oben erfolgt, befindet sich der Eluvial- oder Auswaschungshorizont im Untergrund und der Illuvial- oder Anreicherungs-Horizont an der Oberfläche. 6 ZusammenfassungNeben dem beschriebenen Kreislauf des Wassers gibt es noch andere kleine Kreisläufe, die sich zwischen Meer und Atmosphäre sowie zwischen Kontinent und Atmosphäre vollziehen und dem im globalen Kreislauf eingeordnet sind. „Der Globale Wasserkreislauf stellt ein geschlossenes System dar, das zwar Energie aber keine Masse mit seiner Umgebung austauscht.“ (Schmidt, S. 22/ 23) |