Quelltext der Seite Wasserprobleme im Sahel

[[Bild:Senegal millet field bushes.JPG|thumb|500px|Hirsefeld mit Büschen in der Trockenzeit in Niger ]]
== Wasser und Niederschläge ==
=== Wassernutzung ===
[[Bild:Wateruse-Sahel.jpg|thumb|457px|Abb. 1: Aktueller Wasserverbrauch in Liter pro Person und Tag in Westafrika (Sahel hervorgehoben) und Bevölkerungsentwicklung bis 2100]]
Wasser ist eine grundlegende Ressource für die Existenz der Bevölkerung im Sahel. 2020 umfasste die Bevölkerung in den sechs Staaten im Sahel Westafrikas (Senegal, Mauretanien, Mali, Burkina Faso, Niger und Tschad), der hier vor allem betrachtet wird, ca. 103 Mio. Menschen und wird sich bis 2045 wahrscheinlich verdoppeln.<ref name="Graves 2019">Cincotta, R. and S. Smith (2019): [https://www.atlanticcouncil.org/in-depth-research-reports/report/what-future-for-the-western-sahel/ What future for the Western Sahel?]</ref>  Das Wasser wird in erster Linie aus dem Oberflächenwasser der großen Flusssysteme des Senegal, Gambia, Niger, Volta und Chad gewonnen und hauptsächlich für die Landwirtschaft (Bewässerung, Viehzucht, Aquakultur), die Trinkwasserversorgung und für Wasserkraftwerke genutzt. Das starke Bevölkerungswachstum hat zu einer allgemeinen Zunahme des Wasserbedarfs beigetragen. Hinzu kommt eine steigende Belastung des Wassers durch mangelhaft gewartete sanitäre Anlagen und industrielle Chemikalien, besonders in der Nähe von städtischen Siedlungen. Die Wasservorräte sind jedoch nicht nur durch die anthropogene Entnahme und Verschmutzung stark beansprucht, sondern reagieren auch auf Klimawandel und Klimaschwankungen sowie auf die Änderungen der Vegetationsbedeckung.<ref name="Sylla 2018">Sylla, M., A. Faye, N.A.B. Klutse, and K. Dimobe (2018): [https://doi.org/10.1007/s10584-018-2308-x Projected increased risk of water deficit over major West African river basins under future climates, Climatic Change]</ref> 

[[Bild:Sahel Wind Winter Sommer-c.jpg|thumb|357px|Abb. 2: Oberflächenwinde in Westafrika: Oberflächenwinde (Pfeile) und Luftdruck (in mb) über Westafrika im Winter und während des Höhepunkts des Sommermonsuns.]]
=== Niederschläge als Wasserspender: Jahreszeiten, Monsunzirkulation ===
Die erneuerbaren Wasservorräte im Sahel sind entscheidend von den Niederschlägen abhängig, die starken jahreszeitlichen, jährlichen und dekadischen Schwankungen unterliegen. Der [[Klimaänderungen in Westafrika|Jahresgang der Niederschläge]] ist durch ausgeprägte Regen- und Trockenzeiten gekennzeichnet. Der Niederschlag wandert grob gesehen mit dem Sonnenstand von Süden nach Norden und zurück. Im Nord-Winter kommt es zu starken Niederschlägen über dem Ozean vor der Südküste Westafrikas, im anschließenden Frühjahr (April-Juni) über der [[Tropen|tropischen]] Küstenzone und im Sommer (Juni-September) über der Sahelzone, wobei hier die meisten Niederschläge im August fallen.<ref name="Nicholson 2013">Nicholson, S. E. (2013): The West African Sahel: A Review of Recent Studies on the Rainfall Regime and Its Interannual Variability. ISRN Meteorology, 1–32 </ref> Traditionell wurden die jahreszeitlichen Schwankungen der Niederschläge im Sahel durch die Wanderung der [[Innertropische Konvergenzzone|Innertropischen Konvergenzzone]] (ITCZ) mit dem Stand der Sonne erklärt. Danach bewirkt die hochstehende Sonne eine starke Erwärmung und [[Verdunstung]] über dem Sahel sowie das Aufsteigen der erwärmten und feuchten Luftmassen. Die Luft kühlt sich dann in der Höhe ab, wodurch der [[Wasserdampf]] [[Kondensation|kondensiert]] und es zum Niederschlag kommt. Dieses Bild ist nach neuerer Forschung allerdings so nicht mehr gültig. Als ein Beleg dafür wird angeführt, dass die ITCZ im Hochsommer rund 1000 km nördlich von der Zone mit den höchsten Niederschlägen liegt.<ref name="Nicholson 2013" />  Ein anderes Argument ist, dass die vor Ort entstehende Feuchtigkeit durch Verdunstung nur einen geringen Anteil am gesamten Niederschlag ausmacht.<ref name="Sheen 2017">Sheen, K. L., D. M. Smith, N. J. Dunstone, R. Eade, D. P. Rowell & M. Vellinga (2017): Skilful prediction of Sahel summer rainfall on inter-annual and multi-year timescales. Nat. Commun. 8, 14966 doi: 10.1038/ncomms14966</ref>   

Der Niederschlag in Westafrika hat aus Sicht der neueren Forschung weniger mit dem Aufeinandertreffen der vom Sonnenstand gesteuerten [[Passat]]winde zu tun als mit dem Westafrikanischen [[Globaler Monsun|Monsun]], der im Sommer feuchte Luftmassen vom Atlantik bis in die Sahelzone transportiert.<ref name="Biasutti 2019">Biasutti, M. (2019): [https://doi.org/10.1002/wcc.591 Rainfall trends in the African Sahel: characteristics, processes, and causes.] Wiley Interdiscip Rev Clim Chang, 10:e591.</ref>  Die Monsunzirkulation wird durch den Temperaturgegensatz zwischen der Sahara und dem tropischen Atlantik angetrieben, der allerdings durch den Stand der Sonne beeinflusst wird. Über dem tropischen Ost-Atlantik ist die Luft durch das relativ kalte Wasser im Golf von Guinea verhältnismäßig kühl. Ursache für die vergleichsweise niedrigen Wassertemperaturen im Golf von Guinea ist eine südöstliche Strömung vom subtropischen [[Hochdruckgebiet|Hoch]] über dem Südatlantik. Über der westlichen Sahara entsteht ein sommerliches [[Tiefdruckgebiet|Hitzetief]], das feuchte Luftmassen aus dem Südwesten ansaugt (Abb. 2, unten). Diese bilden sich über dem Atlantik vor der Südküste Westafrikas durch Verdunstung, die die Luft mit Wasserdampf sättigt. Unter dem Einfluss der [[Corioliskraft]] entsteht eine südwestliche Strömung zwischen dem östlichen tropischen Atlantik und dem Tief über der Sahara. Über der Sahelzone steigen die feuchten Luftmassen dann auf und es kommt zum Niederschlag. Die Position der Konvergenzzone wird durch nordöstliche Passatwinde (Harmattan) und verschiedene Höhenströmungen beeinflusst. Im Winter erreichen die Monsunniederschläge nur den Küstensaum am Südrand Westafrikas.<ref name="Nicholson 2018">Nicholson, S.E. (2018): [https://doi.org/10.1093/acrefore/9780190228620.013.510 Climate of the Sahel and West Africa], Oxford Research Encyclopedias, Climate Science</ref>

[[Bild:Sahel rainfall timeseries.png|thumb|457px|Abb. 3: Niederschläge im Juni-Oktober in der Sahelzone 1900-2013. Gezeigt ist die Abweichung vom Mittel der Jahre 1898–1993 als Index.]]

=== Langfristige Änderungen der Niederschläge: Dürren und Starkregen ===

''* Siehe auch: [[Dürren und Starkregen im Sahel]]''

==== Dürren in den 1970er und 1980er Jahren ====
Das Monsun-System über Westafrika unterliegt neben jahreszeitlichen auch dekadischen Schwankungen, die gravierende Unterschiede in den Niederschlägen zur Folge haben (Abb. 3). Das Niederschlags-Regime der Sahelzone ist das vielleicht sensibelste der Welt.<ref name="Nicholson 2018" />  Während der letzten 1000 Jahre haben sich immer wieder feuchte und trockene Perioden abgewechselt. So waren das Mittelalter und die Zeit vom 16. bis 17. Jahrhundert relativ feucht, während es im 18. und in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts katastrophale [[Dürren]] gab. 

Seit Mitte des 20. Jahrhunderts zeigen die Sahel-Niederschläge drei unterschiedliche und jeweils über Jahrzehnte reichende Phasen (Abb. 3). In den 1950er und 1960er Jahren erlebte der Sahel eine ausgesprochen feuchte Periode, in der die Niederschläge etwa 20% über dem langjährigen Mittel lagen.<ref name="Nicholson 2018" />  In den 1970er und 1980er Jahren folgte darauf eine außergewöhnlich starke [[Dürren im Sahel|Dürreperiode]], die in den frühen 1980er Jahren schätzungsweise 100.000 Tote durch Hunger, Unterernährung und Krankheiten gefordert hat.<ref name="Nicholson 2013" />  Die Niederschläge lagen im Nordsahel bis 60% und im Süd-Sahel 25-30% unter dem langjährigen Mittel.<ref name="IPCC 2021">IPCC (2021): Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on 5 Climate Change, 8.3.2.4.3</ref>  Wahrscheinlich hat es seit Beginn der Messungen nirgendwo sonst auf der Welt so dramatische Veränderungen der Niederschlagsverhältnisse über einen so langen Zeitraum gegeben. In der dritten Phase, seit den 1990er Jahren, nahmen die Sahel-Niederschläge dann wieder zu, jedoch mit auffällig starken und unregelmäßigen Regenfällen.

[[Bild:Sahel-Regentage--intensität1955-2010.jpg|thumb|380px|Abb. 4: Anzahl der Regentage und die Niederschlagsintensität in der Sahelzone 1955-2010. Regentage in verschiedenen Sektoren der Sahelzone als Jahres- und als 11-Jahres-Mittel. Niederschlagsintensität in mm pro Tag.]]
Die Sahel-Dürren der 1970er und 1980er Jahre wurden früher mit Änderungen der Landbedeckung durch Überweidung und Übernutzung infolge des starken Bevölkerungswachstums erklärt. Die verringerte Vegetationsbedeckung erhöhte nach dieser Auffassung die [[Albedo]], wodurch mehr [[Strahlung|Sonneneinstrahlung]] reflektiert wurde, die Temperaturen absanken und es weniger [[Konvektion]] und Niederschläge gab.<ref name="Charney 1975">Charney, J. G. (1975). The dynamics of deserts and droughts. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 101, 193–202</ref>  Zwei wissenschaftliche Entwicklungen haben jedoch zu einem Paradigmenwechsel in dieser Frage geführt: 1. haben Satellitenbeobachtungen gezeigt, dass die Vegetation sich schnell wieder ausbreitete, als die Niederschläge in den 1990er Jahren erneut zunahmen. Und 2. haben [[Klimamodelle|Computermodelle]] eine Abnahme der Sahel-Niederschläge durch kühlere [[Meeresoberflächentemperatur]]en im subtropischen Nordatlantik simuliert.<ref name="Biasutti 2019" />  Als Ursache für die Abkühlung des Nordatlantik und damit als Hauptantrieb für die Sahel-Dürre gelten inzwischen die [[Aerosole]]missionen aus Europa und Nordamerika durch die schmutzige Industrie in den Nachkriegsjahrzehnten.<ref name="IPCC 2021" />  Aerosole reflektieren nicht nur Sonnenstrahlen, sondern erzeugen auch niederschlagsarme, aus kleinen Tröpfchen bestehende [[Wolken]], die ebenfalls abkühlend wirken. Niedrigere Temperaturen über dem subtropischen Nordatlantik beeinflussen auch die Temperaturen über der Sahara und bewirken eine Verschiebung des Sahara-Hitzetiefs und damit auch der westafrikanischen Monsunzirkulation nach Süden – mit der Folge, dass auch der sommerliche Niederschlagsgürtel den Sahel nur noch begrenzt erreicht.<ref name="Biasutti 2019" />

==== Ein neues Niederschlagsregime ====
Seit den 1990er Jahren erholten sich die Niederschläge im Sahel wieder, ohne aber das Niveau vor der Großen Dürre zu erreichen. Eine deutliche Niederschlagszunahme um 9,7 mm/Tag gab es vor allem im ersten Jahrzehnt. Zwischen 1999 und 2016 schwächte sich die Zunahme auf 2,2 mm/Tag ab.<ref name="Chen 2020">Chen, T., S. Zhou, C. Liang et al. (2020): [https://doi.org/10.3390/rs12172723 The Greening and Wetting of the Sahel Have Leveled off since about 1999 in Relation to SST.] Remote Sensing. 2020; 12(17):2723.</ref>  Hinzu kam, dass im Vergleich zu früheren Jahrzehnten häufiger [[Starkniederschläge und Hochwasser|Starkregen]] fielen, die Niederschläge unregelmäßiger waren und sich jahreszeitlich auf die spätere Regenzeit konzentrierten. So ist die Anzahl der Regentage in der Sahelzone seit ca. 1990 nur leicht angestiegen, die Niederschlagsintensität dagegen deutlich (Abb. 4). Entsprechend nahm der Anteil von extremen Regenfällen am jährlichen Gesamtniederschlag von 17% in den 1970er und 1980er Jahren auf 21% im Jahrzehnt 2001-2010 zu. Daher lässt sich weniger von einer Rückkehr zur Normalität sprechen als von einem neuen Niederschlagsregime.<ref name="Biasutti 2019" />  

[[Bild:Niamey flood 2020b.jpg|thumb|420px|Abb. 5: Hochwasser am Niger in Niamey am 7. September 2020]]
Seit den 1990er Jahren ist der Sahel nach den Jahrzehnten der Trockenheit zunehmend von [[Starkniederschläge und Hochwasser|Überschwemmungen und Hochwasserkatastrophen]] betroffen, unter denen Millionen von Menschen zu leiden hatten.<ref name="Tschakert 2010">Tschakert, P., R. Sagoe, G. Ofori-Darko, S.N. Codjoe (2010): Floods in the Sahel: an analysis of anomalies, memory, and anticipatory learning, Climatic Change 103, 471-502, DOI 10.1007/s10584-009-9776-y</ref>  In Burkina Faso z.B. gab es 1986-2005 nur ein größeres Hochwasser pro Jahr, im darauffolgenden Jahrzehnt 2006-2016 waren es dagegen jährlich fünf solcher Ereignisse. Eines der stärksten durch Niederschlag direkt verursachten Hochwasser geschah am 1. September 2009 in der Hauptstadt Ouagadougou. Unmittelbare Ursache war der höchste je an diesem Ort beobachtete Starkniederschlag von 260 mm in wenigen Stunden (bei einem langjährigen Jahresmittel von 765 mm), der zu einer Überschwemmung von großen Teilen der Stadt und starken Zerstörungen in dicht besiedelten Wohngebieten führte.<ref name="Tazen 2019">Tazen, F., A. Diarra, R.F. Kabore et al. (2019): [https://doi.org/10.1111/jfr3.12507 Trends in flood events and their relationship to extreme rainfall in an urban area of Sahelian West Africa: The case study of Ouagadougou, Burkina Faso.] J. Flood Risk Manage. 12, e12507.</ref>  In demselben Jahr waren auch andere Sahel-Länder wie Senegal, Ghana und Niger betroffen. Zerstörerische Hochwasser gab es auch 2007, 2010 und in den folgenden Jahren. Besonders stark waren die Überschwemmungen im Jahr 2020 in Nigers Hauptstadt Niamey (Abb. 5). Die Fluten zerstörten Häuser und Infrastrukturanlagen, Ernten und Felder. Zahlreiche Menschen erkrankten besonders in Niamey durch Erreger aus dem wochenlang nicht abfließenden Wasser. Im gesamten Staat Niger waren von den Überschwemmungen 500.000 Menschen betroffen.<ref name="Massazza 2021">Massazza, G., M. Bacci, L. Descroix et al. (2021): [https://doi.org/10.3390/w13121659 Recent Changes in Hydroclimatic Patterns over Medium Niger River Basins at the Origin of the 2020 Flood in Niamey (Niger)], Water 13, 1659</ref>  Vielfach wird mit Bezug auf derartige Hochwasserereignisse von der „anderen Sahel-Katastrophe“ gesprochen.<ref name="Aich 2015">Aich, V., S. Liersch, T. Vetter et al. (2015): Climate or land use? Attribution of changes in river flooding in the Sahel zone. Water 7, 2796–2820.</ref>

Was sind die Ursachen für das neue Niederschlagsregime, das den Wassermangel der 1970er und 1980er Jahre in gewisser Hinsicht in sein Gegenteil verwandelt hat? Die Forschung nennt 1. den Rückgang der [[Klimawirkung von Aerosolen|Aerosolbelastung]] über dem Nordatlantik und 2. die Zunahme von Treibhausgasen durch den anthropogenen Klimawandel. Beide Faktoren führten seit den 1990er Jahren zu einer Temperaturerhöhung in der Sahara, die sich zwei bis vier Mal stärker erwärmte als im tropischen Mittel. Die Folge ist eine Verstärkung des Temperaturunterschieds zwischen dem tropischen Atlantik und der Sahara und damit eine Intensivierung des westafrikanischen Sommermonsuns.<ref name="IPCC 2021" />  Dabei ist die Zunahme von Starkregen hauptsächlich durch die erhöhte [[Treibhausgase im Klimasystem|Treibhauskonzentration]] bedingt. Eine wärmere [[Atmosphäre]] nimmt mehr Wasserdampf auf und gibt ihn durch stärkere Niederschläge wieder ab. Schon die Große Dürre im 20. Jahrhundert war primär durch Emissionen (in diesem Fall von Aerosolen) in den entwickelten Staaten Europas und Nordamerikas verursacht. Die Luftreinhaltepolitik in diesen Staaten führte dann zwar zum teilweisen Rückgang der extremen Dürreverhältnisse im Sahel. Die [[Treibhausgasemissionen]] ebendieser Staaten und weiterer wie China bewirkten aber kaum weniger verheerende Wetterverhältnisse in Form von katastrophalen Starkniederschlägen mit Überschwemmungen.<ref name="Biasutti 2019" />   

Dennoch blieben unter den neuen Niederschlagsverhältnissen Dürren auch während der feuchten Jahreszeit im Sommer nicht aus. Zwischen den Phasen mit reichhaltigen Niederschlägen kam es auch immer wieder zu Niederschlagsdefiziten. So lag der Niederschlag des Jahres 2011 während der Regenzeit um 17% unter dem langjährigen Mittel.<ref name="Bass 2013">Bass, H.-H., K.v. Freyhold, C. Weisskoeppel (2013): Wasser ernten, Bäume schützen: Ernährungssicherung im Sahel. Bremen: Hochschule Bremen, Fak. Wirtschaftswissenschaften, Institute for Transport and Development. https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:0168-ssoar-325187</ref>  Die Anzahl isolierter trockener Tage hat im westafrikanischen Sahel nach Daten bis 2014 im Sommer sogar zugenommen. Die Länge der Trockenphasen ist jedoch insgesamt um 32% zurückgegangen, und auch die Anzahl der trockenen Tage (< 1mm/Tag) pro Jahr hat um neun Tage abgenommen.<ref name="Bichet 2018a">Bichet, A., A. Diedhiou (2018a): West African Sahel has become wetter during the last 30 years but dry spells are shorter and more frequent. Climate Research 75(2):155-162.</ref>  

[[Bild:Sahel prec West-Central 2100.jpg|thumb|420px|Abb. 6: Änderung der Niederschläge in Westafrika im Sommer zwischen 1960-1999 und 2060-2099 nach dem RCP8.5 Szenario in mm/Tag nach CMIP6-Modell-Simulationen. Die roten Konturen zeigen die historischen Niederschläge in mm/Tag.]]

=== Projektionen ===
Mit einer weiteren Abnahme der Aerosolbelastung im Nordatlantikraum und einer globalen Zunahme der Treibhausgaskonzentration ist auch für die kommenden Jahrzehnte zu rechnen. Das bedeutet aber nicht, dass damit die künftige klimatische Entwicklung der Sahelzone schon vorgezeichnet ist. Noch immer sind [[Klimamodelle|Klimamodellsimulationen]] der zukünftigen Sahel-Niederschläge mit großen Unsicherheiten behaftet. Dennoch bestätigen nahezu alle Projektionen sogar von verschiedenen Modellgenerationen (CMIP3, 5 und 6) eine Zunahme der Niederschläge im zentralen Sahel und eine Abnahme im westlichen Sahel, wobei die Grenze bei ca. 5° W angenommen wird (Abb. 6). Die Abnahme über dem westlichen Sahel findet sich hauptsächlich in der Regenzeit von Mai bis August, die Zunahme im mittleren Sahel im August-Oktober am Ende der Regenzeit.<ref name="Monerie 2020">Monerie, P.A., E. Sanchez-Gomez, M. Gaetani et al. (2020): Future evolution of the Sahel precipitation zonal contrast in CESM1. Clim Dyn 55, 2801–2821</ref>  Zwischen den Zeiträumen 1986-2005 und 2080-2099 wird die Niederschlags-Abnahme im West-Sahel von Gaetani et al. (2020)<ref name="Gaetani 2020">Gaetani, M., S. Janicot, M. Vrac et al. (2020): [https://doi.org/10.1038/s41598-020-63782-2 Robust assessment of the time of emergence of precipitation change in West Africa.] Sci Rep 10, 7670</ref> auf 13% geschätzt und die Zunahme im mittleren und östlichen Sahel auf 35%. Der negative Trend im West-Sahel von -75 mm am Ende des 21. Jahrhunderts beruht vor allem auf einer Abnahme der Anzahl von feuchten Tagen, die um 20% zurückgehen. Außerdem zeigen einige Modelle eine Verkürzung der Regenzeit durch einen späteren Beginn. 

Durch die zunehmende [[Klimawandel|globale Erwärmung]] wird das Hitze-Tief über der Sahara weiter verstärkt. Die Folge ist eine Intensivierung der Monsunzirkulation und ihre Verschiebung nach Norden, wodurch der zentrale Sahel mehr Niederschläge erhält. Gleichzeitig erwärmt sich allerdings auch die Meeresoberflächentemperatur im Golf von Guinea, was zwei Folgen hat. Einerseits erhöht sich die Verdunstung über dem Ozean und es wird mit dem Monsun mehr Feuchtigkeit Richtung Sahel transportiert. Andererseits schwächt sich die Zirkulation ab, weil der Land-Meer-Gegensatz abgeschwächt wird. Dieser Effekt wird jedoch von den Auswirkungen der starken Sahara-Erwärmung übertroffen.<ref name="Monerie 2020" /> 
 
Das Sahara-Tief hat jedoch nicht dieselben Folgen für den westlichen Sahel. Während durch das Hitze-Tief der Sahara feuchte Luft vom östlichen tropischen Atlantik bzw. Golf von Guinea in den zentralen Sahel gelangt, lenkt es in den westlichen Sahel trockenere Luft vom subtropischen Atlantik.<ref name="Biasutti 2019" />  Der westliche Sahel steht stärker unter dem Einfluss von Temperaturdifferenzen über dem Atlantik als unter dem Einfluss des Gegensatzes zwischen tropischem Atlantik und dem Innern des Kontinents (d.h. der Sahara).<ref name="Monerie 2020" />  Die projizierte unterschiedliche Entwicklung zwischen westlichem und zentralem Sahel ist durchaus schon in Beobachtungen festzustellen. So hat sich der westliche Sahel (Senegal und das westliche Mali) bis Ende der 2010er Jahre nur begrenzt von der Dürre erholt, während in Burkina Faso und Niger das durchaus der Fall war, vor allem durch eine Zunahme der Intensität der Regenfälle.<ref name="Biasutti 2019" />   

== Flusssysteme und Vegetation ==
Um die Ursachen von einerseits Wassermangel und Dürren, anderseits Wasserüberfluss und Hochwasser im Sahel zu verstehen, reicht die Betrachtung nur der Niederschläge nicht aus. Der Regen fällt im Sahel auf eine vielgestaltige Landschaft, deren Beschaffenheit mit darüber entscheidet, ob daraus Fluten werden oder das Niederschlagswasser versickert.
 
Ein wesentliches Element sind einige große Flusssysteme, die von wichtigen Quellflüssen gespeist werden, die in Gebieten südlich der Sahelzone entspringen, in denen deutlich mehr Niederschläge fallen als im Sahel selbst. Dazu gehört vor allem der Niger mit seinen Zuflüssen, das mit Abstand größte Flusssystem in Westafrika. Der Niger besitzt ein Einzugsgebiet von 2,2 Mio. km<sup>2</sup>. Er entspringt im Hochland von Fouta Djallon in Guinea. Das Bergland gilt als „Wasserturm“ Westafrikas, weil in ihm neben dem Niger auch der Senegal und der Gambia ihren Ursprung haben.<ref name="Massazza 2021" />  In dieser Sudan-Guinea-Region, die sich südlich an den Sahel anschließt, fallen 1300-750 mm Niederschlag, während im Sahel selbst nur 750-250 mm fallen. Der Senegal ist mit einem Einzugsgebiet von ca. 300.000 km<sup>2</sup> das zweitgrößte Flusssystem Westafrikas. Er durchströmt die Staaten Guinea, Mali, Senegal und Mauretanien. Gut Zweidrittel des Einzugsgebiets liegen in der feuchten Sudan-Guinea-Region. 

[[Bild:W-Afrika-Landbedeckung.jpg|thumb|420px|Abb. 7: Landbedeckung in W-Afrika]]
Der andere wesentliche Faktor, der das Abflussverhalten der Niederschläge beeinflusst, ist die Landbedeckung. Die [[Trockengebiete in Westafrika|Vegetation in der Sahelzone]] reicht von halbwüstenhaften Grasländern südlich der Sahara bis zu Savannen mit niedrigem und spärlichem Baum- und Strauchbewuchs weiter im Süden (Abb. 7). Bäume sind ein wichtiger Bestandteil der traditionellen Landwirtschaft im Sahel. Sie schützen vor Bodenerosion, Austrocknung des Bodens und ein Absinken des Grundwasserspiegels. Außerdem spenden sie Schatten für Mensch und Vieh, schützen Anbaufrüchte vor Austrocknung in der Trockenzeit und liefern Früchte und Holz.<ref name="FAO 2019">FAO (2019): [https://www.fs.usda.gov/treesearch/pubs/60715 Trees, forests and land use in drylands: the first global assessment – Full report.] FAO Forestry Paper No. 184. Rome</ref>  Eine dichtere Baumbedeckung findet sich allerdings nur im Übergangsbereich zum tropischen Regenwald in der Sudan-Guinea-Region südlich der Sahelzone.<ref name="Wilcox 2018">Wilcox, C., T. Vischel, G. Panthou et al. (2018): Trends in hydrological extremes in the Senegal and Niger Rivers, J. Hydrol. 566,531-545, 10.1016/j.jhydrol.2018.07.063</ref> 
 
Die [[Biosphäre im Klimasystem|Vegetation]] wirkt vor allem durch zwei Prozesse auf den Niederschlag und seine Speicherung.<ref name="Ellison 2020" />   Zum einen recycelt Vegetation den Niederschlag, indem sie Regen aufnimmt und das Wasser teilweise wieder verdunstet. Schätzungsweise sind 10-40% der Sahel-Niederschläge durch Verdunstung erzeugt, die durch Bäume, Wälder und sonstige Vegetation bewirkt wird. Ein großer Teil dieser Vegetation befindet sich nicht direkt im Sahel, sondern weiter südlich in der Sudan-Guinea-Region, von wo aus die feuchte Luft mit dem Monsun Richtung Sahel strömt. Dennoch kann auch ein ergrünender Sahel zu Verdunstung und Niederschlag beitragen. Zweitens fördert Vegetation die Infiltration von Niederschlagswasser in den [[Boden im Klimasystem|Boden]] und begünstigt seine Speicherung im Boden und die Grundwassererneuerung. Durch Bäume sammeln sich Blätter und Streu am Boden, deren Zersetzung einen höheren [[Erwärmung und Kohlenstoff im Boden|Kohlenstoffgehalt im Boden]] bewirkt. Dadurch erhöht sich die Speicherung von Feuchtigkeit und letztlich die Verdunstung. Gebiete ohne entsprechende Vegetation trocknen dagegen aus, wodurch mehr Niederschlag durch Oberflächenabfluss für Boden und Grundwasser verlorengeht. 

[[Bild:Runoff-Sirba-river1956-2018b.jpg|thumb|420px|Abb. 8: Jahresmaxima des Sirba-Abflusses (Nebenfluss des Niger)]]

== Abflussänderungen und das Sahel-Paradox ==
Hochwasser treten in Westafrika meistens im September auf, manchmal auch im Juni bis August. Daneben gibt es auch Winterhochwasser von den Zuflüssen der großen Ströme aus der Sudan-Guinea-Region. Seit 2000 haben Hochwasserstände, Überschwemmungen und dadurch verursachte Zerstörungen deutlich zugenommen. Pegelstände an der Sirba, dem wichtigsten Nebenfluss des mittleren Niger, zeigen einen deutlichen Trend der Abflüsse seit den 1990er Jahren bis in die 2000er und 2010er Jahre, die sogar die Abflüsse in den regenreichen 1950er und 1960er Jahren z.T. um das Doppelte übertrafen (Abb. 8).

=== Das 1. Sahel-Paradox ===
An zahlreichen Sahel-Zuflüssen und den Sahel-Flussläufen der größeren Ströme wie Niger, Senegal oder Volta hat bereits während der Dürren in den 1970er und 1980er Jahren der Abfluss zugenommen (Abb. 9). Dieses Phänomen, das auf den ersten Blick und bei einer Betrachtung nur der Niederschläge überraschend wirkt, wird als „1. Sahel-Paradox“ bezeichnet. Die Erklärung dafür wird in der teils durch die Trockenheit bedingten, teils anthropogenen Änderung der Landbedeckung gesehen. Während der Großen Dürre haben die ausbleibenden Niederschläge dazu geführt, dass Vegetation und Boden austrockneten. Falls es zu Niederschlägen kam, konnte die Vegetation sie kaum aufnehmen. Und der Boden verlor durch Austrocknung seine Fähigkeit, Wasser zu speichern, erodierte und verkrustete. Der, wenn auch spärliche, Niederschlag floss, statt zu versickern, oberflächlich in die Flussläufe ab.<ref name="Descroix 2018">Descroix, L., F. Guichard, M. Grippa (2018):  [https://doi.org/10.3390/w10060748 Evolution of surface hydrology in the sahelo-sudanian strip: an updated review.] Water 10, 748.</ref>

Hinzu kam, dass die Bevölkerung die verbliebenen Bäume und Sträucher als Brennholz und Viehfutter nutzte und vor allem im südlichen Streifen des Sahel die Savanne in Anbauland umwandelte. Das veränderte auch die hydrologischen Eigenschaften des Bodens und verstärkte die Bodenerosion. Auf dem Weideland im nördlichen Sahel-Streifen wurde die spärliche Vegetation durch Überweidung geschädigt und die dünne Bodenschicht durch Wind- und Wassererosion zerstört. Die bereits durch die Trockenheit geförderte Verkrustung des Bodens wurde weiter verstärkt, wodurch bei den seltenen Niederschlägen das Wasser ungehindert abfließen konnte.<ref name="Descroix 2018" /><ref name="Gbohoui 2021">Gbohoui, Y.P.; Paturel, J.-E.; Tazen, F.; Mounirou, L.A.; Yonaba, R.; Karambiri, H.; Yacouba, H. (2021): Impacts of climate and environmental changes on water resources: A multi-scale study based on Nakanbé nested watersheds in West African Sahel. J. Hydrol. Reg. Stud. 35, 100828</ref>

[[Bild:Abflusskoeffizient-Sahel.jpg|thumb|420px|Abb. 9: Abflusskoeffizient (Anteil des Abflusses am Niederschlag in %) bei Nebenflüssen des Volta (Nakambé) und des mittleren Niger (alle übrigen).]]
=== Das 2. Sahel-Paradox ===
Das 2. Sahel-Paradox wird darin gesehen, dass die Abflussmengen seit den 1990er Jahren noch deutlich stärker gestiegen sind als in den beiden Jahrzehnten davor und das Drei- bis Vierfache der Abflüsse in den feuchten Jahrzehnten der 1950er und 1960er Jahre erreichten (Abb. 9), obwohl sich die Vegetationsbedeckung im Sahel wieder deutlich ausgedehnt hat.<ref name="Descroix 2018" />  Die Ausweitung der Vegetation im Sahel, die durch das sog. Greening mit Hilfe von Satellitenbeobachtungen gut belegt ist (s.o.), sollte einer Erhöhung der Abflüsse eigentlich entgegenwirken, da dadurch die Niederschläge wieder besser von der Bodenbedeckung aufgenommen werden konnten. Hauptsächlich handelt es sich bei der zunehmenden Vegetationsbedeckung um Kräuter und Gräser, aber auch um mehr Bäume und Sträucher. Im Senegal dehnten sich holzartige Pflanzen besonders auf Weideland aus, während im mittleren und nördlichen Sahel insgesamt die Bedeckung mit höheren Bäumen auf Anbauland stärker zunahm als auf nicht bewirtschafteten Flächen. Dass die Abflussmengen trotzdem bis hin zu einzelnen Hochwasserkatastrophen zunahmen, kann verschiedene Gründe haben.

[[Bild:Niamey-rotes-schwarzes-Hochwasser.jpg|thumb|520px|Abb. 10: Rotes (Sommer-) und schwarzes (Winter-)Hochwasser an der Station in Niamey 1929-2020 als Standardabweichung]]
Interessant ist in diesem Zusammenhang die Herkunft des Wassers bei Hochwasserereignissen. Das mittlere Niger-Becken zeigt jährlich zwei Abflussspitzen, eine in der Regenzeit im Sommer zwischen August und September (die sog. rote Flut) und eine weitere zwischen November und Februar (die sog. schwarze Flut). Die rote Flut wird hauptsächlich durch die Sahel-Zuflüsse, wie z.B. den Sirba, auf der rechten Seite des mittleren Niger erzeugt. Die schwarze Flut entsteht durch Niederschlag im oberen Einzugsgebiet des Niger südlich der Sahelzone in Guinea und dem südlichen Mali und trifft durch den Verlauf des Flusses und den Staueffekt im Binnendelta am mittleren Niger in Mali sowie durch Staudämme erst verzögert ein. Wie Abb. 10 zeigt, übertrifft das Hochwasser der Sahel-Zuflüsse (rot) seit den 2000er Jahren zunehmend das Hochwasser aus dem Niger-Oberlauf (schwarz).<ref name="Massazza 2021" />  Die später im Jahr eintreffenden Hochwasser von den Zuflüssen in der Sudan-Guinea-Region waren dagegen so niedrig wie in den trockenen 1970er Jahren. Auch in anderen Regionen weisen die Hochwasser aus den Sahel-Zuflüssen eine stetige Zunahme seit den 1970er Jahre auf.<ref name="Wilcox 2018" /> 

Die unterschiedliche Hydrologie zwischen der Sudan-Guinea-Region und dem Sahel ist auch durch die Vegetationsbedeckung bedingt. In ersterer ist die dichte Vegetation durch Baum-Savanne, Waldgebiete und tropischen Regenwald bestimmt, im Sahel durch den spärlichen Bewuchs der Savanne. In der Sudan-Guinea-Region nimmt die Vegetation in hohem Maße die Niederschläge auf und leitet sie verzögert in den Boden und das Grundwasser weiter. Starkniederschläge werden daher nur abgeschwächt in den Abflüssen sichtbar. Niederschläge im Sahel werden dagegen nur in geringem Maße durch die Vegetation und vom Boden aufgenommen und fließen weitgehend direkt in die Flüsse ab. Starkniederschläge machen sich daher direkt in hohen Abflüssen bemerkbar. Grundwasserzuflüsse spielen in der Sahelregion eine untergeordnete Rolle.<ref name="Wilcox 2018" />    

Dass Starkniederschläge zu verheerenden Überschwemmungen führten, ist aber letztlich auch durch anthropogene Aktivitäten bedingt. Ein Grund sind die Zersiedlung durch sich unkontrolliert ausdehnende Städte und die damit einhergehende Bodenverdichtung sowie desolate Drainagesysteme. Außerdem verloren in ländlichen Gegenden die Böden durch unangepasste Bewirtschaftung in vielen Fällen erheblich die Fähigkeit, Wasser zu speichern, und verkrusteten. Und trotz des allgemein beobachteten Greenings dehnten sich durch den Bevölkerungsdruck weiterhin Agrarflächen aus. Teilweise ist die Bodendegradation auch eine Spätfolge der Bodenverkrustung während der Dürren in den 1970er und 1980er Jahren, die sich in den folgenden Jahrzehnten weiter fortsetzte. Von manchen Autoren wird in der Bodendegradation und dem Rückgang der Vegetationsbedeckung der Hauptgrund für das 2. Sahel-Paradox gesehen.<ref name="Descroix 2018" /><ref name="Gal 2017">Gal, L., M. Grippa, P.  Hiernaux, L. Pons, L. Kergoat (2017): The paradoxical evolution of runoff in the pastoral Sahel. Analysis of the hydrological changes over the Agoufou watershed (Mali) using the KINEROS-2 model. Hydrol. Earth Syst. Sci. 21, 4591–4613</ref> 

== Projektionen der Wasserverfügbarkeit ==
Bei vielen hydrologischen Modell-Projektionen wird vom Abfluss als Proxy für die Wasserverfügbarkeit ausgegangen. Der Abfluss wird in der Regel jedoch nur an größeren Flüssen mit Pegelmessstationen erfasst, nicht jedoch die Wasserverfügbarkeit in kleineren Zuflüssen, auf Feldern oder in erneuerbaren Grundwasserbeständen. Hier spielen die direkt fallenden Niederschläge und die Verdunstung eine wesentliche Rolle.<ref name="Sylla 2018" /> Durch die zunehmende Erwärmung infolge des Klimawandels wird die Evaporation höchstwahrscheinlich in Zukunft zunehmen, während die Niederschlagsänderungen weniger eindeutig sind und sich zwischen dem westlichen und zentralen Sahel unterscheiden werden (s.o.).

Modellprojektionen der Wasserverfügbarkeit mit den RCP-Szenarien 4.5 und 8.5 zeigen grundsätzlich eine Abnahme der verfügbaren Wasservorräte, wobei die beiden Szenarien bis ca. 2050 ähnliche Ergebnisse aufweisen und erst danach RCP8.5 deutlich stärkere Rückgänge zeigt. Die geringsten Abnahmen der Wasservorräte bis gegen Ende des 21. Jahrhunderts liegen für die Staaten Niger, Volta und Chad nach dem Szenario RCP4.5 bei 10% und die höchsten für den Senegal und Gambia bei 40%. Für den Senegal und Gambia sind die deutlichen Rückgänge durch eine Kombination von abnehmenden Niederschlägen und höheren Verdunstungsraten begründet. Für Niger, Volta und Chad nehmen die Niederschläge leicht zu, werden aber durch die starken Verdunstungsraten noch übertroffen. Eine noch stärkere Abnahme der Wasserverfügbarkeit zeigen Regionalmodelle (CORDEX), deren höhere Auflösung in der Lage ist, auch die Einflüsse des Geländes, von Küstenlinien und Änderungen der Landnutzung besser wiederzugeben.<ref name="Sylla 2018" />  

[[Bild:Große-Grüne-Mauer.jpg|thumb|520px|Abb. 11: Die geplante Grüne Mauer im Sahel und beteiligte Staaten (gelb) ]]
== Maßnahmen ==
Nach Mbow et al. (2021)<ref name="Mbow 2021">Mbow, C., M. Halle, R. El Fadel, I. Thiaw (2021): [https://doi.org/10.1016/j.cosust.2020.11.005 Land resources opportunities for a growing prosperity in the Sahel], Current Opinion in Environmental Sustainability 48, 85-92</ref> hemmt das negative Image der Sahelzone das große Entwicklungspotential der Region. Über 40 Jahre sei der Sahel als Ort des Hungers, andauernder Dürren und Klimaextreme gesehen worden. In jüngster Zeit sei noch die Bedrohung durch den Terrorismus hinzugekommen. Dieses negative Image überschattet aber die Entwicklungsmöglichkeiten, die diese Region durchaus auch besäße. 
[[Bild:Half-moons Burkina Faso.jpg|thumb|520px|Abb. 12: Halbmondförmige Vertiefungen mit Erdwall zum Auffangen von Wasser ]]
[[Bild:Stone bund maize rice.png|thumb|520px|Abb. 13: Reis- und Maisfelder nach der Errichtung von Steinwällen im südwestlichen Burkina Faso ]]
[[Bild:Agroforestry Burkina Faso.jpg|thumb|520px|Abb. 14: Agroforstwirtschaft im südwestlichen Burkina Faso ]]
Das bekannteste Entwicklungsprojekt, das viele Probleme des Sahel lösen soll, ist die Große Grüne Mauer gegen die Wüstenausbreitung, ein Verteidigungswall aus Bäumen entlang der Grenze zwischen Sahara und Sahel (Abb. 11). Das Projekt wurde unter dem Eindruck der Dürren in den 1970er Jahren geplant und 2007 zum offiziellen transafrikanischen Ziel erklärt. Beabsichtigt war eine 15 km breite und fast 8000 km lange „Mauer aus Bäumen“, die vom Senegal im Westen bis nach Äthiopien im Osten reichen sollte. Bis 2030 sollten 100 Mio. ha der [[Desertifikation]] entrissen und wieder fruchtbar gemacht werden.<ref name="Breckle 2021">Breckle, S.-W. (2021): Grüne Mauern (»green walls«) gegen die Wüstenausbreitung. Maßnahmen gegen Desertifikation. In: Lozán J. L., S.-W. Breckle, H. Graßl & D. Kasang (Hrsg.). Warnsignal Klima: Boden & Landnutzung. S. 348-355. www.warnsignal-klima.de. DOI:10.25592/warnsignal.klima.boden-landnutzung.48</ref>  Das Projekt schreitet jedoch nur langsam und lokal voran und erntete inzwischen viel Kritik. Die Folge war, dass man von der Idee einer baumbasierten Barriere abrückte, zumal ein Vorrücken der Sahara nach Süden nicht belegt werden konnte. U.a. ließ der Greening-Prozess eine Ausbreitung der Sahara nach Süden zunehmend weniger befürchten, und eine großangelegte Kooperation der Sahel-Staaten zur Umsetzung des Vorhabens schien wenig realistisch. Eher zeigten sich lokale Initiativen darin erfolgreich, die Widerstandsfähigkeit der Landschaft gegen Degradation zu stärken, indem etwa Bauern in ihrem Lebensraum Bäume pflanzen, um die landwirtschaftliche Produktivität zu erhöhen.<ref name="Ellison 2020" /> 

Aber nicht nur im Kontext der Grünen Mauer, sondern auch anderweitig gibt es im Sahel zahlreiche, oft auf traditionellen Agrartechniken beruhende Maßnahmen zur Bekämpfung der Desertifikation. Vielfach hat die Erfahrung der Großen Dürre in den 1970er und 1980er Jahren dazu geführt, dass sich die Landbevölkerung dem Schutz des Bodens und der Vegetation zuwandte. Auch Regierungen und ausländische NGOs sind in diesem Zusammenhang aktiv geworden. So hat es in Burkina Faso mehrere nationale Programme und andere Initiativen gegeben, die sich Maßnahmen zum Bodenschutz und zur Wasserkonservierung zum Ziel gesetzt haben. Erfolgreich wurden solche Versuche vor allem dann, wenn die lokale Landbevölkerung miteinbezogen wurde.<ref name="Nyamekye 2018">Nyamekye, C., M. Thiel, S. Schönbrodt-Stitt, B. J.-B. Zoungrana, and L.K. Amekudzi (2018): [https://doi.org/10.3390/su10093182 Soil and Water Conservation in Burkina Faso, West Africa], Sustainability 10, no. 9: 3182.</ref>  

Eine wichtige Maßnahme war die Anlage von halbmondförmigen, von einem Erdwall umsäumten einige Meter breiten Vertiefungen auf den Feldern, die abfließendes Wasser auffangen und für die Versickerung im Boden sorgen (Abb. 12). Sie erhöhen damit auch die Bodenfruchtbarkeit und lösen Bodenverkrustungen auf. Der Verbesserung des Pflanzenwachstums dienen auch die kleineren, 20-30 cm breiten sog. Zai, kreisförmige Pflanzgruben, die in der Trockenzeit mit organischem Material wie Viehdung und Ernteabfälle gefüllt werden.<ref name="Bass 2013" />  So bleibt die Bodenfeuchte erhalten und die Fruchtbarkeit der Böden wird verbessert. Zai ziehen außerdem Termiten an, die die Nährstoffe durchmischen. Eine andere Maßnahme ist die Anlage von Steinwällen auf Hirse- und Reisfeldern mit flachen Hängen (Abb. 13), durch die der Wasserabfluss verringert und damit ebenfalls die Produktivität der Böden erhöht wird. Die genannten Maßnahmen minimieren zugleich die Gefahr von Hochwasser in den Vorflutern.<ref name="Nyamekye 2018" /> 

Zunehmend verbreitet und wichtige Stütze der ökonomischen Entwicklung ist im Sahel die Agroforstwirtschaft (Abb. 14). Während der Kolonialzeit hat der Sahel sehr viel an Baumbewuchs verloren, so im Niger über 40% zwischen 1930 und 1940, da die Kolonialregime primär an der Exportproduktion interessiert waren. Erst in jüngeren Jahrzehnten haben traditionelle Gruppen, unterstützt von Regierungsprogrammen und NGOs, damit begonnen, wieder mehr Bäume zu pflanzen und eine zunehmende Baumbedeckung bewirkt. Erfolgreich waren die Bemühungen besonders in Burkina Faso, Mali und Niger. Begünstigend waren dabei seit den 1990er Jahren auch die zunehmenden Niederschläge.<ref name="Ellison 2020">Ellison, D., C. I. Speranza (2020): [https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140002 From blue to green water and back again: Promoting tree, shrub and forest-based landscape resilience in the Sahel], Science of The Total Environment 739</ref> Große Teile der Bevölkerung sind auf Produkte von Bäumen für die Ernährung, das Futter für Tiere, zum Kochen und als Baustoff angewiesen.<ref name="Mbow 2021" />  Bäume besitzen zudem wichtige Umweltfunktionen, indem sie die Biodiversität unterstützen und Wasserressourcen erhalten und verbessern. Sie ziehen Vögel und andere Tiere an, durch deren Dung es zu Bodenverbesserungen kommt. Und sie spenden Schatten für Mensch und Tier, um so die im Sommer teils extrem hohen Temperaturen abzumildern. Besonders im Rahmen des Great Green Wall spielen Bäume eine zentrale Rolle und gelten als ein Weg, die Landdegradation zu reduzieren.<ref name="Mbow 2021" />  Bäume und Büsche sind auch darin nützlich, tiefe Wasservorkommen für Kulturpflanzen mit weniger tief reichenden Wurzeln zu erschließen. Dadurch kann die Produktivität einiger Anbaupflanzen wie Hirse, Erdnüsse, Sesam und Maniok gesteigert werden.<ref name="Ellison 2020" />  

Bei allen Fortschritten bei der menschengemachten Begrünung des Sahel, muss gesehen werden, dass der Klimawandel diesem Prozess zukünftig wahrscheinlich Grenzen setzen wird. Verschiedene Untersuchungen kommen zu dem Ergebnis, dass der Sahel künftig stärkeren Dürren ausgesetzt sein wird, auch wenn die Niederschläge in manchen Regionen zunehmen werden. Grund sind die höheren Temperaturen, die das Wasser stärker verdunsten lassen. Die Temperaturen steigen bis 2100 möglicherweise um 7 °C, womit lebensgefährliche Hitzewellen verbunden sein können.<ref name="Ellison 2020" />

== Einzelnachweise ==
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==Klimadaten zum Thema== 
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==Schülerarbeiten zum Thema==
'''Schülerarbeiten zum Thema des Artikels''' aus dem [https://bildungsserver.hamburg.de/themenschwerpunkte/klimawandel-und-klimafolgen/schulprojekt-klimawandel/ergebnisse-des-schulprojekts Schulprojekt Klimawandel]:
* [https://bildungsserver.hamburg.de/resource/blob/746848/60aa4bdd155ba3a821a7e1eb4121b390/2012-sahelzone-klimawandel-data.pdf Welche Folgen wird der Klimawandel für die Landwirtschaft und damit die Nahrungsmittelversorgung der Sahelzone haben?] (Gymnasium Osterbek, Hamburg)
* [https://bildungsserver.hamburg.de/resource/blob/746856/279cb1de9b39614deb37d81a65794f5f/2011-sahara-data.pdf Sahara: Wird die Sahara durch den Klimawandel wieder grüner?] (Gymnasium Allee, Hamburg)

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