Wärme verändert den Wasserhaushalt

Menschen benötigen Wasser als Lebensmittel zum Trinken, zum Kochen, zum Bewässern von Feldern und für viele andere Zwecke, etwa zum Waschen. Das Wasser auf der Erde geht zwar nie verloren, wird also streng genommen auch nicht verbraucht, verändert aber immer wieder seine Erscheinungsform. Fachleute sprechen in diesem Zusammenhang vom Wasserkreislauf. Wegen der globalen Erwärmung gehen sie davon aus, dass sich auch dieser Kreislauf beziehungsweise der Wasserhaushalt weiter verändern werden. Folgen wird dies auch für deutsche Flüsse und Seen, Moore und Auen haben, wie ein umfangreicher Bericht zeigt, der kürzlich vom Climate Service Center Germany (GERICS) vorgelegt worden ist. Bei dem Zentrum handelt es sich um eine Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht.

Lehrreiche Tautropfen

Dass Wasser und Wärme viel miteinander zu tun haben, zeigt sich unter anderem dann, wenn jemand frühmorgens das Haus verlässt und Tautropfen sieht. Die Tropfen gehen auf den Wasserdampf in der Luft zurück. Der Hintergrund: Wie viel Wasserdampf die Luft aufnehmen kann, hängt von der Temperatur ab. Je höher diese ist, desto mehr Wasserdampf kann die Luft speichern. Wenn sich mit Wasserdampf gesättigte Luft nachts so weit abkühlt, dass die Temperatur unter einen bestimmten Wert – den Taupunkt – fällt, kommt es zur sogenannten Kondensation. Aus dem gasförmigen Wasser wird flüssiges. Unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung verschwinden die Tautropfen wieder, sprich: Das Wasser verdunstet.

Die Gesamtmenge an Wasser auf der Erde wird von Fachleuten auf ungefähr 1,4 Milliarden Kubikkilometer beziffert. Ein Würfel mit diesem Volumen hätte eine Kantenlänge von rund 1120 Kilometern. Der weitaus größte Teil des Wassers befindet sich in den Meeren. Nur bei gut drei Prozent handelt es sich um Süßwasser. Dieses ist zu mehr als zwei Dritteln im Eis der Polargebiete und den Gletschern anderer Erdregionen gebunden. Bei knapp einem Drittel des Süßwassers handelt es sich um Grundwasser. Verschwindend gering ist dagegen der Anteil des Wassers in Flüssen, Seen und vergleichbaren Gewässern.

Dampf steigt auf

Unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung verdunstet Wasser, um am Ende wieder als Niederschlag zur Erde zurückzukehren. Wasserdampf hat bei gleichem Druck und gleicher Temperatur eine geringere Dichte als trockene Luft. Dies bedeutet, dass mit Wasserdampf gemischte, feuchte Luft leichter ist als trockene. Der Dampf steigt mit der Luft auf und kühlt sich irgendwann so weit ab, dass er kondensiert, also wieder zu flüssigem Wasser wird. Damit sich Wolkentröpfchen bilden können, muss sich der Dampf an winzigen Teilchen sammeln, die als Kondensationskeime oder -kerne bezeichnet werden. Als Kondensationskeime wirken Aerosolpartikel. Hinter diesem Fachausdruck können sich unterschiedliche Teilchen verbergen, so beispielsweise Salzteilchen aus dem Meer, Wüstenstaub, Vulkanasche, Pilzsporen oder Pollen.

Der Bericht des Climate Service Centers trägt den Titel „Der Einfluss des Klimawandels auf die terrestrischen Wassersysteme in Deutschland“. Der Ausdruck terrestrisch verrät, dass es um das Süßwasser im Bereich von Landmassen geht. Dass sich die Erhöhung der Temperatur während des vergangenen Jahrhunderts auf den Wasserkreislauf ausgewirkt hat, lässt sich unter anderem daran ablesen, dass die Niederschlagsmengen in Deutschland seit 1881 deutlich zugenommen haben. Nach dem Bericht sind die mittleren Niederschlagsmengen im Winter um etwa 26 Prozent gestiegen, während sie im Sommer annähernd gleich geblieben sind. Über das ganze Jahr gerechnet ergibt sich eine Zunahme um etwa elf Prozent. Nach Angaben des Deutschen Wetterdienstes ist es hierzulande seit 1881 im Jahresmittel 1,4 Grad Celsius wärmer geworden. Dabei fiel der Anstieg im Frühjahr und Herbst stärker aus als im Sommer und Winter. Die Zahl der besonders heißen Tage mit mehr als 30 Grad ist gestiegen, die der Eistage mit weniger als null Grad gesunken.

„Die Folgen des Klimawandels werden den Wasserkreislauf und somit alle terrestrischen Wassersysteme in vielfältiger Weise beeinflussen“, schreiben die am Bericht des Climate Service Centers beteiligten Autoren. Genaue Vorhersagen, welche Mengen an Wasser zu unterschiedlichen Zeiten über die Flüsse abfließen und wie sich die Wasserstände entwickeln werden, sind nach Darstellung der Experten allerdings nicht möglich. Immerhin aber seien Trends erkennbar. So gehen die Forscher davon aus, dass sich Phasen mit niedrigen Wasserständen, wie sie häufig im Sommer oder auch Herbst auftreten, verlängern werden. Probleme könnten dadurch zum Beispiel für Schiffe auf der Elbe entstehen, vor allem in den Bundesländern Sachsen-Anhalt, Thüringen und Sachsen. Wegen der früher einsetzenden Schneeschmelze wird der Pegel der Donau in Zukunft voraussichtlich schon im Spätsommer und nicht erst im Herbst seinen niedrigsten Stand erreichen. Die Weser geht aus den beiden großen Quellflüssen Werra und Fulda hervor. Für die Werra haben Fachleute bereits in den letzten Jahrzehnten eine Zunahme hoher Wasserstände im Winter verzeichnet. Ein Rückgang ließ sich hingegen für die Sommermonate nachweisen, und das über einen großen Zeitraum, nämlich die vergangenen zweieinhalb Jahrhunderte.

Folgen für die Landwirtschaft

Wenn die Temperaturen wie vermutet weiter steigen und die Sommerniederschläge abnehmen, wird dies nach den Worten der Wissenschaftler auch Folgen für die Landwirtschaft haben. Besonders schwierig könne es werden, wenn mehrere trockene Jahre aufeinanderfolgten, weil dadurch viel Grundwasser benötigt werde. Am Ende werde nur noch so wenig Grundwasser zur Verfügung stehen, dass nicht mehr alle Bedürfnisse befriedigt werden könnten. Mit negativen Auswirkungen der zunehmenden Trockenheit sei vor allem in Bundesländern mit viel Landwirtschaft wie Niedersachsen und Hessen zu rechnen, heißt es in dem Bericht.

Forscher erwarten darüber hinaus, dass sich wegen des Klimawandels bis zum Jahr 2100 die Temperatur des Wassers deutscher Flüsse um durchschnittlich ein bis zwei Grad erhöhen wird. Probleme könnten dadurch nach ihren Angaben bei der Versorgung von Kraftwerken mit Kühlwasser entstehen. Dies gelte insbesondere in Verbindung mit einem sinkenden Wasserstand. „Wenn die entnommene Menge Oberflächenwasser nicht zur Kühlung ausreicht, verringert sich die Effizienz des Kraftwerks, und die Energieumwandlung muss reduziert werden“, schreiben die Autoren des Berichts. Halte eine Phase mit heißem und trockenem Wetter lange an, bestehe die Gefahr, dass die Stromproduktion ganz eingestellt werden müsse.

Nur regionale Engpässe

Trotz all dieser Hinweise lässt der Bericht keinen Zweifel daran, dass Deutschland nicht zu den Ländern gehört, in denen Wasserknappheit zu einem allgemeinen Problem werden könnte. Landesweit werde weiterhin genügend Wasser vorhanden sein. Vorübergehende Versorgungsengpässe seien lediglich auf regionaler Ebene denkbar. Dass dies in anderen Teilen der Erde ganz anders aussieht, haben Wissenschaftler in den vergangenen Jahren immer wieder betont. Zu den Regionen, in denen Wasser ein besonders knappes Gut ist, gehören der Nahe Osten und Nordafrika. Fachleute nehmen an, dass es auch in südeuropäischen Ländern wie Spanien und Italien schwieriger werden wird, den Wasserbedarf zu decken.

Dass es nicht überall auf der Erde gleich viel regnet, hat viele verschiedene Gründe. So führen die intensive Sonneneinstrahlung und die damit verbundene hohe Verdunstungsrate dazu, dass es in Gebieten am Äquator deutlich mehr Regen gibt als beispielsweise in Deutschland. Zu den trockensten Orten der Erde zählt die chilenische Atacama-Wüste. Fachleute geben die Regenmenge, die durchschnittlich pro Jahr in der Region im Westen Südamerikas fällt, mit Zehntelmillimetern an. Zum Vergleich: Für Bremen-Farge nennt der Deutsche Wetterdienst für den Zeitraum von 1981 bis 2010 eine mittlere Niederschlagsmenge pro Jahr von 697 Millimetern, das heißt von 697 Litern pro Quadratmeter.

Extrem trockene Wüste

Ursache der extremen Trockenheit in der Atacama-Wüste ist deren besondere geografische Lage. Im Osten verhindert die Hochgebirgskette der Anden, dass Regenwolken die Wüste erreichen. Im Westen hat der kalte Humboldtstrom im Pazifischen Ozean zur Folge, dass sich warme Luftmassen abkühlen. Das heißt: Es steigt keine warme und feuchte Luft auf.

Zu den regenreichsten Orten der Erde gehört der 1569 Meter hohe Mount Wai’ale‘ale auf der zu Hawaii gehörenden Insel Kaua’i. Dort regnet es an 335 Tagen im Jahr. Im langjährigen Mittel kommen pro Jahr ungefähr 12 000 Millimeter zusammen, also 12 000 Liter pro Quadratmeter. Ähnlich hoch ist die Niederschlagsmenge im Bereich eines nordostindischen Ortes namens Mawsynram. Hohe Niederschlagsmengen an Bergen wie dem Mount Wai’ale‘ale lassen sich damit erklären, dass feuchte Luftmassen zum Aufsteigen gezwungen werden. Durch die Abkühlung in größerer Höhe verwandelt sich Wasserdampf in Tropfen, die zu Boden fallen. Dass es auch in Deutschland Orte mit sehr viel mehr Niederschlag gibt als beispielsweise in Bremen, belegt Baiersbronn in Baden-Württemberg. Dort sind an einer Wetterstation im Zeitraum von 1981 bis 2010 durchschnittlich pro Jahr mehr als 2000 Millimeter gemessen worden. Besonders wenig Niederschlag gab es hingegen zum Beispiel im brandenburgischen Gruenow. Dort kamen im genannten Zeitraum im Durchschnitt lediglich 483 Millimeter pro Jahr zusammen.