Wasserressourcen und Klimawandel

Wasserverfügbarkeit

Die Wasserverfügbarkeit ist einerseits von den Wasserressourcen, andererseits von der Wasserentnahme abhängig. Übersteigt die Entnahme einen bestimmten Prozentsatz der Ressourcen, spricht man von Wasserstress. Extremer Wasserstress liegt hiernach dann vor, wenn die Entnahme 40 % der Ressourcen übersteigt. Global liegt dieses Verhältnis weit unter dieser Grenze. Nur 9 % der 40 000 km³ Wasser pro Jahr, die zur Verfügung stehen, werden entnommen. Regional sind die Verhältnisse jedoch sehr verschieden, so dass nach der obigen Definition gegenwärtig 2,3 Milliarden Menschen unter extremem Wasserstress leben.

Diese Zahl wird sich bis zur Mitte des Jahrhunderts auf 5,2 bis 6,8 Milliarden Menschen erhöhen. Die Ursachen liegen einerseits in sozio-ökonomischen Bedingungen (Bevölkerungszunahme, Wirtschaftswachstum), die die Wasserentnahme bestimmen, andererseits im klimatischen Wandel, der die Wasserressourcen beeinflusst. Der Klimawandel kann durch höhere Niederschläge in manchen Regionen auch zu einem höheren Wasserangebot führen. Nach Modellrechnungen wird sich global der Wasserstress in 61-75 % der Landoberfläche erhöhen und in 14-29 % verringern. Die Gründe für höheren Wasserstress liegen primär in der steigenden Entnahme, aber auch geringere Niederschläge und eine höhere Verdunstung sind daran beteiligt. Die betroffenen Regionen sind vor allem die, in denen der Wasserstress heute schon hoch liegt. Das sind z.B. der Nordosten Brasiliens, Teile von Nordamerika, Südeuropa, Teile von Mittelasien und Australien und große Teile Afrikas. Eine Erhöhung der Wasserentnahme aufgrund zunehmender Bevölkerung und ökonomischer Entwicklung wird vor allem in Afrika südlich der Sahara, in Lateinamerika und großen Teilen Asiens erwartet. Wo die Wasserversorgung günstiger wird, ist das primär durch höhere Niederschläge infolge des Klimawandels begründet, in 2. Linie auch durch eine effektivere Wassernutzung. Vor allem in Südasien könnten durch den Klimawandel künftig viele Menschen weniger unter extremem Wasserstress leiden als heute.

Hydrologischen Veränderungen im Sommer (oben) und Winter (unten) 2080-2099 im Vergleich zu 1980-1999. Die Farbabstufungen geben den Anteil der 21 benutzten Modellsimulationen an. Besonders markante Ergebnisse sind durch Symbole hervorgehoben und werden entsprechend den Ziffern in dem Artikel Wasserkreislauf und Klima erläutert.

Klimaänderungen

Niederschlag

Die wichtigsten klimatischen Faktoren, die die Wasserverfügbarkeit beeinflussen, sind der Niederschlag und die stark temperaturabhängige Verdunstung. Regionen, in denen sich beide Parameter durch den Klimawandel so entwickeln, dass die Wasserressourcen abnehmen, sind vor allem der Mittelmeerraum, Südafrika, Mittelamerika und Südaustralien (vgl. Wasserkreislauf und Klima). Von erheblicher Bedeutung werden in vielen Regionen auch die Niederschlagsmuster sein. Allgemein wird damit gerechnet, dass durch den Klimawandel die Variabilität der Niederschläge zunehmen wird. D.h. es fallen zu bestimmten Jahreszeiten mehr Niederschläge, zu anderen weniger, und es kommt zu stärkeren Gegensätzen zwischen Starkniederschlägen und Trockenphasen. Hierdurch sind sowohl Wasserressourcen betroffen, die sich aus Oberflächenwasser, wie solche, die sich aus neugebildetem Grundwasser speisen.

Für die Wasserführung von Flüssen und Seen ebenso wie für die Grundwasserführung spielen Niederschläge die entscheidende Rolle. Global gesehen lässt sich für die letzten ca. 100 Jahre kein signifikanter Trend bei den Niederschlägen über dem Festland ausmachen. Es gibt jedoch deutlich Unterschiede zwischen den höheren und den niederen Breiten. So haben die Niederschläge allgemein zwischen 30°N und 85°N zu- und, vor allem in den letzten 30-40 Jahren, zwischen 10°S und 30°N abgenommen.

In den mittleren und höheren Breiten der Nordhalbkugel über Nordamerika und Eurasien haben die Niederschläge in der Zeit von 1900 bis 2005 nahezu durchgehend um 6-8% zugenommen. Deutliche Zunahmen finden sich auch über Argentinien und der La-Plate-Region sowie über dem westlichen Australien. Abnehmende Niederschläge zeigen dagegen der Mittelmeerraum, die Sahelzone, Südafrika, Teile Südasiens, der Karibik sowie Chile. In Südasien und Westafrika gingen die Niederschläge zwischen 1900 und 2005 um 7,5% zurück.

Auch im 21. Jh. werden die Niederschläge in den höheren Breiten zunehmen, und zwar sowohl im Winter wie im Sommer, ebenso aber auch in den Tropen. Die Zunahmen betragen in vielen Gebieten über 20 %. In den Sommermonaten der mittleren Breiten wird es dagegen zu einer Niederschlagsabnahme kommen. Auch in wichtigen Monsungebieten wie in Südasien und Australien wird es nach Modellberechnungen mehr Niederschläge geben. Dagegen werden die Niederschläge in den Subtropen geringer, besonders ausgeprägt mit bis zu 20 % im Mittelmeerraum und in der Karibik.

Eis und Schnee

Auch die Art der Niederschläge spielt eine nicht geringe Rolle. Durch die globale Erwärmung wird mehr Niederschlag als Regen denn als Schnee fallen. Dadurch wird es zu einer jahreszeitlichen Verschiebung des Abflusses zum Winter hin kommen und weniger Oberflächenwasser im Sommer zur Verfügung stehen. Durch das Abschmelzen von Gebirgsgletschern kommt es zunächst zwar zunächst zu einer Zunahme der Abflüsse, langfristig aber zu deren Versiegen.

In vielen Gebieten der höheren Breiten und in Gebirgsregionen sind Eis und Schnee wichtige Wasserlieferanten. So leben mehr als ein Sechstel der Weltbevölkerung in Flusstälern, die durch Gletscher- oder Schneeschmelze gespeist werden.

Die größten Schneeflächen befinden sich aufgrund der ausgedehnten Landmassen auf der Nordhalbkugel. In der Fläche zwar gering, regional aber dennoch von großer Bedeutung sind die Schneedecken in den Hochgebirgen der mittleren Breiten wie etwa den Alpen, den Rocky Mountains, den Anden oder den neuseeländischen Alpen. Hier ist es überall zu einer deutlichen Reduzierung der Schneebedeckung gekommen. So hat zwischen 1972 und 2003 die Schneefläche auf der Nordhalbkugel um ca. 10% abgenommen. Während sie sich im Herbst und Winter kaum verringert hat, lag die Reduzierung sowohl in Nordamerika wie in Eurasien im Frühling und Sommer deutlich über 10%. Auch bis zum Ende des 21. Jahrhunderts wird eine weitere Verringerung der Schneedecke angenommen. Auch in den Hochgebirgen, so in den Rocky Mountains und in der Schweiz, wird eine deutliche Abnahme der Schneedecke in den nächsten Jahrzehnten prognostiziert. Damit geht ein wichtiger Wasserspeicher verloren, durch den winterliche Niederschläge auch noch im Frühjahr oder Sommer den Abfluss speisen.(vgl. Schnee im Klimawandel)

Auch die wasserspendenden Gletscher und Eiskappen zeigen ein deutliches Abschmelzen in den letzten Jahrzehnten. So nahm deren Massenverlust weltweit von 136 Gt/Jahr im Zeitraum 1960-1980 auf 280 Gt/Jahr in der Zeit von 1990 bis 2004 zu. Nicht zuletzt sind von diesem Prozess die Hochgebirgsgletscher etwa der Alpen, der Anden oder des Himalaya betroffen. Auch in den hohen tropischen Gebirgen wie auf dem Mount Kilimandscharo, dem Mount Kenia und dem Ruwenzori-Gebirge in Afrika sind deutliche Rückzugstendenzen der Gletscher zu beobachten.

Wasserqualität

Die Wasserqualität ist sowohl für das Leben in einem Gewässer wie für die Wassernutzung von großer Bedeutung. Sie wird bestimmt durch die chemischen, physikalischen und biologischen Merkmale des Wassers, d.h. durch Art und Menge der gelösten Stoffe, durch Temperatur und Sedimentbestandteile sowie durch die Flora und Fauna im Wasser und am Boden. Diese Merkmale können durch äußere Einflüsse verändert werden, z.B. durch Einträge durch den Menschen. So stammen zunehmend Nitrat- und Phosphatbelastungen von Flüssen und Seen aus der intensiven Landwirtschaft und aus Industrieanlagen der Umgebung. Die Folge ist oft eine Eutrophierung der Gewässer mit weiteren Folgen wie verstärkter Algenblüte, Sauerstoffarmut und Fischsterben.

Aber auch Wetter- und Klimaänderungen können die Wasserqualität erheblich beeinträchtigen. So führen höhere Temperaturen in höheren und mittleren Breiten zu einer kürzeren Eisbedeckung im Winter. So wurde in einigen Seen in Europa und Nordamerika die eisfreie Zeit um bis zu 20 Tagen vorverlegt und um 2-3 Wochen verlängert. Dadurch wird ein Gewässer über einen längeren Zeitraum auch Schadstoffeinträgen aus der Luft ausgesetzt. Im Sommer hat die Erwärmung des Wassers eine stabilere Schichtung der Wassersäule zur Folge, wodurch der Wasseraustausch verringert und die Sauerstoffversorgung des tiefer liegenden Wassers vermindert wird.

Außerdem beeinflusst eine Temperaturerhöhung die chemischen Prozesse im Wasser und im Boden. Höhere Temperaturen vermindern den Sauerstoffgehalt des Wassers auch dadurch, dass sie die Sauerstoff verbrauchenden biologischen Aktivitäten verstärken und die Sättigungsgrenze von gelöstem Sauerstoff herabsetzen. Außerdem beschleunigen höhere Temperaturen die chemische Verwitterung in den Böden, wodurch der Eintrag von organischen und mineralischen Sedimenten in die Gewässer, besonders in Verbindung mit Starkniederschlägen, erhöht wird. Auch die Menge des Oberflächenabflusses spielt eine wichtige Rolle, da sie die Stoffkonzentration beeinflusst. Ein geringerer Abfluss, z.B durch verminderte Niederschläge, kann die Spitzenkonzentration bestimmter chemischer Komponenten, z.B. von Nitrat, erhöhen. Höhere Nitrat- und Temperaturwerte verstärken das Algenwachstum, ebenfalls mit Folgen für den Sauerstoffgehalt des Gewässers. Die Zunahme von Starkniederschlägen auf der einen und Trockenperioden mit geringen Abflussmengen auf der anderen Seite, wie sie für viele Regionen der Erde vorhergesagt werden, werden also insgesamt in Verbindung mit einer höheren Temperatur die Gewässerbelastung erhöhen.

Die künftige Wasserqualität wird allerdings vor allem von den direkten und indirekten menschlichen Aktivitäten in der Landwirtschaft, der Industrie und in Haushalten bestimmt werden. Den größten Einfluss wird die Art der landwirtschaftlichen Nutzung in den Einzugsgebieten der Flüsse, vor allem die Anwendung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln, haben. Der Einfluss des Klimawandels wird demgegenüber relativ gesehen nur von geringer Bedeutung sein. Die wenigen Studien zu dieser Frage lassen vermuten, dass z.B. für die Nitratkonzentration Änderungen des Abflussvolumens eine größere Rolle spielen als eine Erhöhung der Wassertemperatur. Die Wassertemperatur ist aber offensichtlich von größerer Bedeutung für das Phytoplankton und den Sauerstoffgehalt, wie eine Modellsimulation bezogen auf einen Japanischen See (Suwa See im Hochland von Honshu in Nagano) ergab, nach der sich in den Sommermonaten das relative Wachstum des Phytoplanktons in 5 m Tiefe um maximal bis zu 60 % erhöhen und der Sauerstoffgehalt um über 60 % bis zum Ende des 21. Jahrhunderts reduziert werden könnte.

Wasserverbrauch

Der anthropogene Klimawandel wird sehr wahrscheinlich auch Auswirkungen auf den weltweiten Wasserverbrauch haben. Gegenüber anderen Einflussfaktoren wie dem Bevölkerungswachstum, der wirtschaftlichen Entwicklung oder dem Wassermanagement wird das Ausmaß allerdings eher gering sein, wie die bisherigen Erfahrungen schon gezeigt haben. So ist in den Vereinigten Staaten die totale Wasserentnahme von 1900 bis 1990 von 40 auf über 400 Milliarden Gallonen gestiegen, woran klimatische Veränderungen nur einen marginalen Anteil hatten.

In Privathaushalten reagieren die Menschen beim Duschen und Waschen und besonders bei Gartenbewässerung und Rasensprengen auf Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse. Studien in den USA haben für den Bundesstaat Utah ergeben, dass bei einer Temperaturerhöhung um 2,2 °C der private Wasserverbrauch im Sommer um 2,8 % steigt, im Juni sogar um bis zu 16 %. Für Großbritannien wurde bei einer Temperatursteigerung um 1,1 °C bis 2021 eine Zunahme des privaten Verbrauchs um 4% berechnet. Auch im industriellen Sektor ist bei einer globalen Erwärmung mit einer Erhöhung des Wasserverbrauchs zu rechnen. Eine Erhöhung der Wassertemperatur in Seen und Flüssen reduziert die Wirkung von Kühlsystemen, z.B. bei Kernkraftwerken, mit der Folge eines erhöhten Bedarfs an Kühlwasser. Vor allem aber ist die Bewässerung in der Landwirtschaft in hohem Maße von klimatischen Bedingungen abhängig. Unter wärmeren und trockeneren Bedingungen nimmt nicht nur die Menge Wasser pro bewässerte Fläche zu, sondern auch die bewässerte Fläche selbst. Verglichen mit der Periode 1951-1980 war der Wasserverbrauch für Bewässerungszwecke in den trockeneren und um 1 °C wärmeren 30er Jahren in den US-Staaten Nebraska bei Mais um 19 % und in Kansas bei Mais, Weizen und Hirse um 14 % höher.

Wasserwirtschaft

Die meisten Untersuchungen, die sich mit den Folgen des Klimawandels für den Wasserhaushalt befassen, sehen von Anpassungsmaßnahmen der Wasserwirtschaft an klimatische Veränderungen ab. Tatsächlich konzentriert sich die Wasserwirtschaft in ihren Konzepten primär auf eine wachsende Nachfrage an Brauch- und Trinkwasser durch eine Zunahme der Bevölkerung bzw. deren erhöhte Konzentration in bestimmten Regionen, durch ein sich wandelndes Konsumverhalten sowie durch einen höheren Bedarf in Landwirtschaft und Industrie. Als ein Faktor unter anderen werden aber zunehmend auch mögliche klimatische Veränderungen, die nicht nur die Nachfrage-, sondern vor allem die Angebotsseite betreffen, in der Planung berücksichtigt. Damit ist die Wasserwirtschaft mit zwei zusätzlichen Schwierigkeiten konfrontiert. Erstens sind die Prognosen über die regionalen Folgen des Klimawandels relativ unsicher, und zweitens betreffen sie vor allem die Wasserressourcen, die in den Planungen des Wassermanagements gewöhnlich als stabil vorausgesetzt werden. Inwieweit angesichts dieser Schwierigkeiten eine wirksame Vorsorge getroffen werden kann, hängt von zahlreichen Faktoren in den einzelnen Staaten ab wie den Kapazitäten der wasserwirtschaftlichen Einrichtungen, der Gesetzeslage, dem Stand der Technologie, dem sozialen Wohlstand u.a. Nicht zuletzt spielt die Erfahrung von klimatischen Extremereignissen wie Dürren und Überschwemmungen eine große Rolle, die zu verstärkten Vorsorgemaßnahmen Anlass geben können.

Unterricht

• Zu viel oder zu wenig Wasser Unterrichtseinheit über Wasserverbrauch und -ressourcen, auch im Zusammenhang mit dem Klimawandel
• Wasser im 21. Jahrhundert BMU-Bildungsmaterialien Sekundarstufe

Literatur

• Lozán, J.L. u.a.(Hg.): Warnsignal Klima: Genug Wasser für alle? Wissenschaftliche Fakten, Hamburg 2004 (ISBN/EAN 9783980966801)

Klimadaten zum Thema

Klimadaten zum Thema selbst auswerten? Hier können Sie eigene Klimakarten aus Klimamodelldaten für zahlreiche Regionen der Erde erzeugen.

Hier finden Sie eine Anleitung zur Visualisierung der Daten.

Schülerarbeiten zum Thema

Schülerarbeiten zum Thema des Artikels aus dem Schulprojekt Klimawandel:

• Entwicklung und Perspektiven der Wasserresourcen in Israel und Palästina (Stadtteilschule Walddörfer, Hamburg)
  
• Indischer Sommermonsum Führt die Klimaerwärmung zur Unbewohnbarkeit von Teilen des indischen Sommermonsumgebietes? (Johanneum zu Lübeck, Lübeck)
  
• Klimawandel und Gletscherschmelze Welche Ursachen und Auswirkungen hat das Schmelzen der Gletscher im Himalaya und am Kilimandscharo? (Gymnasium Osterbek, Hamburg)
• Eis und Klima: Gletscher Über die Ursachen des Abschmelzens von Gletschern und die Gefahren durch abschmelzende Gletscher (Anne-Frank-Schule Bargteheide, Bargteheide)
• Einfluss des Klimawandels auf die Wasserversorgung in Afrika und ihre Auswirkungen auf die Gesundheit (Gymnasium Osterbek, Hamburg)
• Tropische Gletscher Welche Ursachen und Folgen hat das Abschmelzen tropischer Gletscher am Kilimandscharo und in den Anden? (Gymnasium Grootmoor, Hamburg)