der Wasserkreislauf

Übersicht

Der Erderwärmung hat tiefgreifende Folgen für den Wasserkreislauf unseres Planeten und wirkt sich maßgeblich auf das Klima und die Umwelt aus. Dabei sind Wasserressourcen, Wasserverfügbarkeit und Wasserqualität von zentraler Bedeutung für das menschliche Wohlergehen.

Der Wasserkreislauf ist ein komplexer Prozess, der den Austausch von Wasser zwischen Atmosphäre, Land und Ozeanen steuert. Als direkte Folge führt die Erderwärmung zu einem beschleunigten Rückgang von Eis in Polargebieten, Gletschern und Gebirgsregionen und somit zum Meeresspiegelanstieg.

Weiterführende Informationen zum Thema Wasserkreislauf findet man auf Meereisportal.de , im World Ocean Review von Maribu und auf der Seite des Alfred-Wegner Instituts.

Wasserverteilung auf der Erde

Der gasförmige Anteil ist in Form von Wasserstoff in der Atmosphäre vorhanden (siehe auch Verstärkungen).

Der flüssige Anteil bedeckt als globaler Ozean etwa zwei Drittel der Erdoberfläche und enthält etwa 97% des Wassers der Erde.

Der gefrorene und somit feste Anteil des Wassers bedeckt als Schnee, Gletscher, Eisschilde, Eisberge, Permafrost oder saisonal gefrorenem Boden etwa 10% der Erdoberfläche.

Unterschied Arktis und Antarktis

Der offensichtlichste Unterschied der beiden Regionen ist die geographische Lage: die Arktis befindet sich am Nordpol, die Antarktis am Südpol. Außerdem besitzt nur die Antarktis mit dem Kontinent Antarktika eine Festlandmasse; die Arktis hingegen besteht aus einer mehreren Metern dicken, saisonalen Eisdecke im Nordpolarmeer.

Die Eisausdehnung der Arktis/Antarktis hängt stark von den Jahreszeiten ab:

Folgen

Die Erderwärmung hat einen erheblichen Einfluss auf alle Formen von Wasser.

Einfluss auf den Menschen

Der Mensch ist auf einen funktionierenden Wasserkreislauf auf der Erde angewiesen:

• Bereitstellung von Süßwasser
• Bereitstellung von Sauerstoff
• Wärmespeicher
• Nahrungsquelle
• Tourismus
• Handel und Verkehr
• Gesundheit und Wohlergehen

Darüber hinaus siedeln Menschen seit jeher am Wasser (Fluss, See, Meer). Im Jahr 2010 lebten etwa 10 % der Weltbevölkerung (680 Millionen) in niedrig gelegenen Küstengebieten. Diese Zahl wird bis 2050 auf eine Milliarde ansteigen. Hinzu kommen 65 Millionen Bewohner kleiner Inselstaaten, die stark vom Meeresspiegelanstieg betroffen sind.

Mit fortschreitendem Meeresspiegelanstieg dringt das Wasser immer weiter in die bewohnten Küstengebiete vor und macht diese Regionen unbewohnbar.

Im Vergleich zum Zeitraum 1995-2014 wird der Meeresspiegel nach dem wahrscheinlichsten Zukunftsszenario (SSP2-4.5) bis 2050 um 0,21 m und bis 2100 um 0,56 m ansteigen.¹

In Europa würde dies vor allem die Nordseeküste der Niederlande, Deutschlands und Belgiens, die Region um Venedig in Italien und den östlichen Teil Englands um Sheffield betreffen.

Weltweit wären folgende Regionen, Städte und Länder sehr stark vom Meeresspiegelanstieg betroffen:²

• Malediven
• Bahamas
• Bali (Indonesien)
• Jakarta (Java/Indonesien)
• Alexandria (Ägypten)
• Basra (Irak)
• Mumbai (Indien)
• Bangladesh
• Bangkok (Thailand)
• Macou, Shengzen (China)
• Tianjin (China)
• Hanoi (Vietnam)
• Südvietnam inkl. Saigon (Vietnam)

Meeresspiegelanstieg

Arktis

Die Arktis ist von der globalen Erwärmung besonders betroffen, da sie als reine Eismasse sehr stark mit dem Klimasystem verbunden ist.

Ein Hauptgrund dafür ist, dass durch den Verlust des sommerlichen Meereises und der Frühjahrsschneedecke an Land weniger helle Flächen mit hoher Sonnenrückstrahlung zur Verfügung stehen. Die dunkleren Flächen (z.B. Wasser oder Land anstelle von Eis) nehmen mehr Energie auf, was zum Anstieg der Oberflächentemperatur beiträgt und weiteres Eis zum Schmelzen bringt.

Die Lufttemperatur in der Arktis ist in den letzten zwei Jahrzehnten mehr als doppelt so stark angestiegen wie im globalen Mittel, das arktische Meereis ist dünner geworden und der Flächenanteil des mehrjährigen Eises mit einem Alter von mindestens fünf Jahren ist um etwa 90 % zurückgegangen. Der Rückgang des Meereises im September beträgt etwa 13% pro Jahrzehnt - eine Veränderung, die es in den letzten 1000 Jahren noch nie gegeben hat. Dementsprechend hat auch die Schneebedeckung an Land im Juni zwischen 1967 und 2018 um etwa 13% pro Jahrzehnt abgenommen, was einem Gesamtverlust von etwa 2,5 Millionen km² entspricht.

Aufgrund dieser Entwicklungen gehen Wissenschaftler davon aus, dass der Nordpol bis etwa 2050 im Sommer eisfrei sein könnte.

Antarktis

Der Massenverlust des antarktischen Eisschildes hat sich im Zeitraum von 2007 bis 2016 im Vergleich zu den Jahren 1997 bis 2006 verdreifacht. Die Meereisausdehnung der Antarktis insgesamt zeigt dagegen keinen statistisch signifikanten Trend.

Grönland

Der Eismassenverlust Grönlands nimmt weiter zu und hat sich im Zeitraum 2007 bis 2016 im Vergleich zu den Jahren 1997 bis 2006 verdoppelt.

Permafrost

Die Temperaturen im Permafrost (ganzjährig gefrorene Bodenschichten) sind von 2007 bis 2016 im globalen Mittel um ca. 0,3°C angestiegen (siehe auch Verstärkungen).

Ozeanerwärmung

Die Geschwindigkeit mit der sich der Ozean erwärmt und die damit verbundene Wärmeaufnahme hat sich seit 1993 mehr als verdoppelt. Außerdem haben sich weltweit marine Hitzewellen* in ihrer Häufigkeit verdoppelt und sind länger anhaltend, intensiver und großflächiger geworden.¹

Die weltweit ungleiche Verteilung der Meeresoberflächentemperatur lässt sich durch unterschiedliche Sonneneinstrahlung sowie kalte und warme Meeresströmungen erklären. ²

* definiert als Ereignis, bei dem die Tagestemperatur an der Meeresoberfläche die Messungen des Zeitraums 1982 bis 2016 überschreitet

Übersäuerung

Das Alfred-Wegner-Institut schreibt in seinem Beitrag über die Übersäuerung des Ozeans:

Die Ozeane nehmen jährlich mehr als ein Viertel des vom Menschen produzierten Kohlendioxids auf. Ohne diesen natürlichen Speicher wäre die Treibhausgas-Konzentration in der Atmosphäre heute sehr viel höher. Doch diese Pufferleistung hat ihren Preis: Wenn sich Kohlendioxid im Ozean löst, reagiert das Gas mit dem Meerwasser zu Kohlensäure und senkt so den pH-Wert des Wassers. Mit einem durchschnittlichen pH-Wert von etwa 8,2 ist Meerwasser typischerweise leicht basisch. In den zurückliegenden 200 Jahren ist dieser Wert jedoch auf etwa 8,1 gesunken. Das klingt nach wenig, entspricht aber einem Anstieg des Säuregrades um 30 Prozent. Forscher nehmen an, dass der pH-Wert bis zum Jahr 2100 um weitere 0,3 bis 0,5 Einheiten sinken und das Meerwasser so um ein Mehrfaches versauern wird. Der Kohlendioxid-Anstieg wirkt sich schon jetzt vor allem auf Lebewesen aus, die Schalen und Skelette aus Kalk bilden. Denn die Kohlensäure reagiert mit Baustoffen, die sie benötigen, um zu wachsen und ihre Gehäuse zu pflegen. Sinkt der pH-Wert unter 7,5, beginnen die Kalkschalen sogar, sich aufzulösen.

Sauerstoffverlust

Sauerstoff im Ozean ist nicht nur für Fische, sondern auch für Mikroben und mehrzellige Organismen (z.B. Algen) überlebenswichtig. Doch wie kommt der Sauerstoff ins Meerwasser?

Zum einen durch den Gasaustausch mit der Atmosphäre bzw. der Luft über dem Wasser und zum anderen durch die Photosynthese von Algen und Wasserpflanzen.

Durch die Erderwärmung verringert sich jedoch der Anteil des Sauerstoffes im Wasser. Ausschlaggebend sind folgende drei Gründe:

1) Der Haupttreiber ist die verringerte Durchmischung von sauerstoffreichem Oberflächenwasser mit den darunter liegenden Wassermassen. Da die tieferen Wassermassen kälter und salzhaltiger sind, haben sie eine höhere Dichte und sind daher schwerer. Wärmere salzarme Wassermassen verbleiben in der oberen Schicht des Ozeans. Je größer der Temperatur- und Salzgehaltunterschied ist, umso stärker trennen sich das leichte Oberflächenwasser und das schwere Tiefenwasser voneinander ab.

Besonders in Polarregionen wird dieser Vorgang noch verstärkt. Durch das Schmelzwasser von Schnee, Gletschern und Eisschilden nimmt der Salzgehalt in den oberen Schichten ab. Mit den stark ansteigenden Lufttemperaturen in den Regionen wird auch das Oberflächenwasser immer wärmer und somit leichter. Die Trennung der beiden Schichten verstärkt sich und es wird weniger Sauerstoff aus dem Oberflächenwasser in die tieferen Wassermassen eingetragen.

2) Chemisch bedingt kann warmes Wasser weniger Sauerstoff aufnehmen als kaltes Wasser.

3)Eine weitere Verschärfung ruft die Einbringung von Düngemittel und Abwasser in Küstengewässern durch den Menschen hervor. Hierdurch vermehren sich Algen deren Überreste von Bakterien abgebaut werden. Diese benötigen jedoch Sauerstoff, weswegen der Sauerstoffgehalt im Wasser fällt.

In der Folge haben die Weltmeere zwischen 1960 und 2010 rund zwei Prozent ihres Sauerstoffgehalts verloren und die Gesamtfläche, in der Fische nicht mehr genügend Sauerstoff zum Atmen haben, ist in den letzten 50 Jahren um etwa die Fläche der Europäischen Union (4,5 Millionen Quadratkilometer) gewachsen.

Abschwächung der Meeresströmungen

Auch der Antrieb der tiefen Meeresströmungen, die nicht vom Wind beeinflusst werden, ergibt sich durch die Dichteunterschiede im Wasser, die von Temperatur und Salzgehalt abhängen. Der Ozean möchte diesen Dichte- bzw. Druck unterschied ausgleichen. Deswegen strömt Wasser mit hoher Dichte zu den Bereichen mit niedriger Dichte.

Antrieb Meeresströmungen

Im Detail sieht der Antrieb so aus:
Warmes, salzhaltiges Oberflächenwasser aus den Äquatorregionen kühlt sich in den Polarregionen ab und sinkt ab. Dort strömt es wieder in Richtung Äquator. Die globale Erwärmung verlangsamt jedoch diese Meeresströmungen, da das Oberflächenwasser durch die Erwärmung wärmer und damit leichter wird.

Der IPCC geht mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% davon aus, dass sich die Atlantische Umwälzbewegung (veraltet: Golfstrom) im Zeitraum 2004-2017 im Vergleich zu 1850-1900 abgeschwächt hat. Genauere Aussagen sind aufgrund der unzureichenden Datenlage schwierig.

Aktuelle Klimamodelle gehen zudem von einer Abschwächung der atlantischen Umwälzbewegung um etwa 25% bis zum Ende dieses Jahrhunderts aus.

Die Richtung der Meeresströmungen ist neben den Dichteunterschieden auch von Winden (Oberflächenströmung), der Corioliskraft (Einfluss durch die Drehung der Erde) und den Gezeiten abhängig.