Der Wasserkreislauf. Grundgleichung des Wasserhaushaltes


Hausarbeit, 2010

16 Seiten, Note: 1,70


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Wasservorkommen auf der Erde

3 Der Wasserkreislauf
3.1 Verdunstung
3.2 Niederschlag
3.3 Abfluss

4 Grundgleichung des Wasserhaushaltes

5 Anthropogener Eingriff in den Wasserkreislauf

6 Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

1 Einleitung

Bereits in der Antike spekulierten Aristoteles und Thales über das Phänomen des Wasserkreislaufs. Obgleich sie erkannten, dass Wasser eine wichtige Voraussetzung für das Leben auf der Erde ist, so entzogen sich ihnen die grundlegenden Zusammenhänge, die den Kreislauf ausmachen (Marcinek/Rosenkranz 1996:25). Erst in der Renaissance wurden die korrekten Relationen von Leonardo da Vinci erkannt (Marcinek/Rosenkranz 1996:26). Das Modell fand zu jener Zeit jedoch keine weitgehende Akzeptanz und erreichte die volle Anerkennung erst im 19. Jh. (Wilhelm 1997:13) durch wegweisende Arbeiten von J. Murray und

E. Brückner (Marcinek/Rosenkranz 1996:26). Stellvertretend für den Anreiz der Forschungen lässt sich nachfolgendes Zitat heranziehen (Pfaff 1878 zit. in Marcinek/Rosenkranz 1996:25):

Den Lauf der Wasser von den Bergen zu den Th ä lern, von dem Lande zum Meere sehen wir unaufhörlich vor unseren Augen sich vollziehen, und dennoch wird das Meer nicht voller und die Quellen und Ströme versiegen nicht.

Wasser ist aufgrund seiner Eigenschaften für das Leben auf der Erde von außerordentlicher Bedeutung. Es ist ein wichtiges Medium bei vielen Stoffwechselvorgängen (Keller 1961:9) und stellt somit die Grundlage allen Lebens dar. Prognosen der Klimaerwärmung und des Bevölkerungswachstum bis zum Jahr 2025 ergeben jedoch, dass in weiten Teilen der Erde Wasserknappheit herrschen wird, da aufgrund des steigenden Bedarfs das verfügbare Wasser nicht mehr ausreichen wird (Schulte et al. 2007:451). Zudem spielt es durch seine Bindung an den Strahlungs- und Wärmehaushalt eine tragende Rolle für das Klima (Schönwiese 2008:152).

Den Einstieg in das Thema stellt eine Übersicht über die auf der Erde verfügbaren Wasservorkommen und deren unterschiedliche Verteilung dar. Anschließend werden die globalen Zusammenhänge im Modell des Wasserkreislaufs vorgestellt, um darauf aufbauend detaillierter auf die Verdunstung, den Niederschlag und den Abfluss als wichtigste Komponente des Wasserkreislaufs einzugehen. Basierend auf diesen Ausführungen wird die Grundgleichung des Wasserhaushaltes erläutert, die es ermöglicht, die im Wasserkreislauf zirkulierenden Wassermengen quantitativ zu erfassen. Schließlich wird der anthropogene Eingriff in den Wasserkreislauf angerissen und mit den daraus resultierenden Folgen vorgestellt. Ziel der Arbeit ist es die Zusammenhänge und Prozesse im Modell des Wasserkreislaufs herauszuarbeiten und basierend auf der Grundgleichung des Wasserhaushaltes einen Einblick in die Wassermenge zu erhalten, die dem Menschen zum Wirtschaften zur Verfügung steht.

2 Wasservorkommen auf der Erde

Das Wasser, eine für das Leben essenzielle chemische Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff (Davie 2008:3), verteilt sich höchst ungleichmäßig auf die einzelnen Speicher der Erde (McKnight/Hess 2009:333) und kann sowohl in festem, als auch in flüssigem und gasförmigem Zustand vorkommen (Davie 2008:2). Die auf der Erde vorhandenen Wasser- mengen konnten jedoch bislang nicht exakt berechnet werden und beruhen daher auf Schätzungen und Näherungswerten (Marcinek 1997:450). Die Menge des insgesamt verfügbaren Wassers auf der Erde wird auf ca. 1,64 Mrd. km3 geschätzt, von denen etwa 0,25 Mrd. km3 chemisch in der Lithosphäre gebunden sind (Wilhelm 1997:11). Die Menge des frei beweglichen Wassers wird nach Baumgartner und Liebscher (1990:83) mit 1,386 Mrd. km3 angegeben. Wie in Tab. 1 zu erkennen ist, besteht 97,5% des frei beweglichen Wassers aus Salzwasser mit einem Volumen von 1,351 Mrd. km3, das sich wiederum zu 99% auf das Meer, zu 0,95% auf das Grundwasser und zu 0,01% auf Salzseen aufteilt. Der Süßwasseranteil des frei beweglichen Wassers beträgt 2,5% mit einem Volumen von 35,029 Mio. km3 und teilt sich auf das Festland und die Atmosphäre auf. Der größte Anteil des Süßwassers ist mit 69,6% und einem Volumen von 24,364 Mio. km3 im Eis der Hochgebirge und Polargebiete gespeichert und entzieht sich somit weitgehend der Nutzung (Marcinek/Rosenkranz 1996:33). Das im Grundwasser gespeicherte Süßwasser stellt mit 30,1% und einem Volumen von 10,535 Mio. km3 den zweitgrößten Süßwasserspeicher der Erde dar. Der im Boden, in Oberflächen- gewässern wie Flüssen und Seen und in Organismen gespeicherte Süßwasseranteil fällt verhältnismäßig gering aus, obwohl das Wasser dort eine zentrale Rolle spielt (Schönwiese 2008:152).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 1: Bewegliche Wassermenge der Erde und ihre Verteilung auf einzelne Speicher (Wilhelm 1997:12)

Die Atmosphäre enthält ebenfalls nur einen verhältnismäßig geringen Anteil Süßwasser mit einem Volumen von 12.900 km3, jedoch wird der gesamte Kreislauf mit einem Volumen von 496.000 km3 /a über diesen Speicher umgesetzt. Das bedeutet, dass die in der Atmosphäre gespeicherte Wassermenge alle 9-10 Tage ausgetauscht werden muss (Wilhelm 1997:12). Dieses kurzfristige Speicherglied wäre bei einer globalen Klimaerwärmung insofern veränderbar, als dass bei einer global erhöhten Temperatur durchgehend mehr Wasserdampf in der Atmosphäre gehalten werden könnte (Lauer/Bendix 2006:102). Mit der Erhöhung der Temperatur würde sich der Anteil des Süßwassers, der in Form von Eis gespeichert wird, jedoch verringern und zu einem Anstieg des Meeresspiegels führen (Strahler/Strahler 2005:203). Gegensätzliches wäre bei einer Abkühlung der Erde der Fall.

3 Der Wasserkreislauf

Von den gewaltigen Wassermassen der Erde nimmt ständig nur ein kleiner Teil am Wasserkreislauf teil. Die beteiligten Wassermengen zeigen sich dabei wechselweise in verschiedenen Aggregatzuständen (Marcinek 1997:455) und in einer Serie fortwährender Veränderungen ihrer geographischen Lage (Strahler/Strahler 2005:200).

Wie aus Abb. 1 ersichtlich ist, können die starken Verdunstungsgebiete des Weltmeeres, aus denen der größte Teil des atmosphärischen Wasserdampfs stammt, als Ausgangspunkt und Antrieb für den Wasserkreislauf gesehen werden (Hupfer 1996:36). In der Atmosphäre durchläuft das Wasser den Prozess der Wolkenbildung, um dann als Niederschlag in unterschiedlicher Form auf Meeres- und Landflächen niederzufallen (Schönwiese 2008:152). Der größere Teil dieses Niederschlages fällt jedoch wieder auf die Meeresoberfläche zurück, während der kleinere Teil durch die atmosphärischen Zirkulation auf die Kontinente verfrachtet und dort als Niederschlag an die Erdoberfläche abgegeben wird (Lauer/Bendix 2006:102). Erreicht der Niederschlag die Erdoberfläche, kann er dort unterschiedlich lange in ober- und unterirdischen Speichern verweilen, bis er durch Evapotranspiration schließlich wieder in die Atmosphäre gelangt oder aber von den Landflächen abfließt. Seen, Flüsse und Gletscher stellen die oberirdischen Speicher dar; Boden und Gestein die unterirdischen Speicher (Schulte et al. 2007:452). Der Abfluss des Niederschlagswassers vollzieht sich einerseits oberirdisch in die Flüsse, andererseits versickert es und füllt das Grundwasser auf, das über Quellen an die Oberfläche tritt, sowie direkt die Flüsse speist (Marcinek 1997:455). Über die Flüsse vollzieht sich der Abfluss ins Meer und der globale Kreislauf schließt sich (Schulte et al. 2007:452).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Der Wasserkreislauf (McKnight/Hess 2009:334)

Angetrieben wird der Wasserkreislauf durch die Sonnenstrahlung, welche die für die Verdunstung benötigte Energie liefert (Marcinek 1997:450), während das Gravitationsfeld der Erde und die Corioliskraft über resultierende Winde die Verteilung der Niederschläge bestimmen (Kazmann 1972:3).

Sowohl beim Niederschlag, als auch bei der Verdunstung und beim Abfluss gibt es gemäß den jeweils vorherrschenden geographischen Bedingungen regionale Differenzen. Meeres- und Landflächen mit hohen Verdunstungs- bzw. Niederschlagsraten stehen dabei Gebieten mit geringen Verdunstungs- bzw. Niederschlagsraten gegenüber (Marcinek 1997:456). In den Meeren übernehmen die Meeresströmungen Austausch und Abfluss des gefallenen Nieder- schlages, sodass dadurch Differenzen ausgeglichen werden (Marcinek/Rosenkranz 1996:42).

Durch dieses simplifizierte Modell des globalen Wasserkreislaufs darf man jedoch nicht außer Acht lassen, dass es viele kleine Kreisläufe gibt, die an verschiedenen Stellen in den globalen Kreislauf integriert sind (Symader 2004:13). Zum Beispiel entstammt ein Teil der Niederschläge auf dem Festland nicht der Feuchtigkeitszufuhr des Meeres, sondern der Verdunstung vom Festland. Ebenso gelangt ein Teil des auf dem Festland verdunsteten Wassers durch Advektion in die Meeresräume, wo er als Niederschlag ausgefällt wird (Marcinek 1997:456). Nur bei globaler Betrachtung handelt es sich um ein geschlossenes System, in dem es keine Massen- oder Energieverluste gibt (Davie 2008:11). Alle Untersuchungen von Teilräumen der Erde wie nur des Festlandes, nur des Meeres, von bestimmten Wassereinzugsgebieten oder normativen Regionen beschreiben offene Systeme, bei denen sowohl ein Input von Wasser durch Advektion, als auch ein Output von Wasser durch Abfluss vorhanden ist (Wilhelm 1997:13).

[...]

Ende der Leseprobe aus 16 Seiten

Details

Titel
Der Wasserkreislauf. Grundgleichung des Wasserhaushaltes
Hochschule
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen  (Geographisches Institut)
Veranstaltung
Grundseminar Physische Geographie
Note
1,70
Autor
Jahr
2010
Seiten
16
Katalognummer
V269564
ISBN (eBook)
9783656607113
ISBN (Buch)
9783656607038
Dateigröße
535 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Wasservorkommen, Wasserkreislauf, Niederschlag, Verdunstung, Abfluss, Wasserhaushalt, Wasserhaushaltsgleichung
Arbeit zitieren
Dimitri Falk (Autor:in), 2010, Der Wasserkreislauf. Grundgleichung des Wasserhaushaltes, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/269564

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