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28. Januar 2012

Wasser im Klimastress

Die wärmer werdende Welt bedroht die Wasservorräte von Mensch und Natur – auch in Deutschland.

Ob bei der Klimakonferenz in Durban oder bei "Rio +20" im nächsten Juni – wenn es um Klimawandel geht, geht es auch immer um Wasser. Denn Wasser bedeutet Leben auf diesem Planeten und der Klimawandel wird dessen Verfügbarkeit verändern – auch in Deutschland. Höchste Zeit, sich den Folgen zu stellen, und zwar mit einem wissenschaftlich und politisch interdisziplinär viel stärker vernetzten Wassermanagement auch auf nationaler Ebene, fordern Forscher der Leibniz-Gemeinschaft in ihrem kürzlich erschienen "Zwischenruf". Deutschland muss sich an den globalen Wandel anpassen.

Insgesamt gibt es auf der Erde genügend Süßwasser, nur leider nicht immer dort und dann, wo und wann es gebraucht wird. Von den weltweiten Wasservorräten sind nur 3,5 Prozent Süßwasser, von dem der größte Teil als Eis gebunden ist. Theoretisch stehen weltweit im Jahr 118 000 Kubikkilometer Wasser zur Verfügung. Zum Vergleich: Durch den Rhein fließen jährlich im Mittel 60 Kubikkilometer. 49 Prozent des gesamten Süßwassers strömen ins Meer, die Hälfte beregnet Wälder, Steppen und Feuchtgebiete, 0,9 Prozent fließt in die Bewässerung und nur 0,1 Prozent verbraucht der Mensch, um seine Grundbedürfnisse und den Wasserbedarf der Industrie zu decken.

Dennoch ergeben sich auch hierfür immer noch beeindruckende Zahlen: So stecken in einem Kilo Lammfleisch beispielsweise zehntausend, in einem PC dreißigtausend, in einer Tonne Papier eine halbe Million und in einer Tomate nur 13 Liter "virtuelles" Wasser.

"Wasser ist keine Gratisleistung der Natur, auch nicht in Deutschland", sagte Uwe Grünewald von der Brandenburgischen Technischen Universität in Cottbus. Vorsorge- und Anpassungsmaßnahmen im Bereich des Wasserhaushaltes und der Wasserbewirtschaftung seien dringend geboten. In der Bewässerungslandwirtschaft muss künftig mit jedem Liter Wasser eine größere Menge Lebensmittel oder Energiepflanzen erzeugt werden. Hinzu kommen zunehmende Trockenheit in den Wachstumsphasen, Spätfröste, Starkregen, Hoch- oder Niedrigwasser und generell verschobene Vegetationsperioden.

Beispiel: Die Länder Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern sind paradoxerweise gewässerreich aber wasserarm. Da die Niederschlagsmengen in Deutschland von Südwesten nach Nordosten abnehmen, kommt es im nordöstlichen Tiefland inzwischen besonders im Sommer zu einer angespannten Wasserbilanz. So beträgt die Niederschlagsmenge im Gebiet des Großen Stechlinsees im Jahresmittel 634 Liter pro Quadratmeter. Aber über der mehr als vier Quadratkilometer großen Fläche des bis zu 70 Meter tiefen "Klarwassersees" verdunstet mehr Wasser als durch Regen ersetzt wird. Nur die geringe Verdunstung von 85 Litern über der Landfläche sorgt dafür, dass sich das Grundwasser neu bilden und die Seen und Fließgewässer speisen kann.

"Seit etwa 30 Jahren wird der Wassermangel durch die inzwischen spürbaren Auswirkungen des Klimawandels verstärkt", schreiben die Wissenschaftler des Berliner Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB). "Die Folgen sind sinkende Seewasserstände, verminderte Grundwasserneubildung und eine Verschiebung der Niederschläge vom Sommer in den Winter."

Dieser Wassermangel wird sich weiter verschärfen, wenn die Niederschläge wie prognostiziert bis 2050 um bis zu 60 Liter pro Quadratmeter abnehmen. Durch menschliche Eingriffe und die Auswirkungen des Klimawandels sind in einer Reihe von Seen des nordostdeutschen Tieflandes die Pegel in den letzten Jahrzehnten um bis zu drei Meter gefallen. Bereits in zehn Jahren wird die verfügbare Wassermenge für den steigenden Bedarf der landwirtschaftlichen Bewässerung nicht mehr reichen, haben die IGB-Forscher berechnet. "Dies erfordert bereits jetzt ein Umdenken!"

Daneben hat sich das Artenspektrum der Seen durch eine generell erhöhte Wassertemperatur und die veränderten Wärmeunterschiede der Wasserschichten, durch mehr Pflanzennährstoffe und weniger Sauerstoff im Tiefenwasser verschoben. Das ist umso dramatischer, als "unsere Binnengewässer (noch) Zentren der biologischen Vielfalt sind, vergleichbar mit den Korallenriffen oder den tropischen Regenwäldern", betonen die Leibniz-Forscher. "Obwohl Seen und Flüsse nur 0,8 Prozent der Erdoberfläche bedecken, beherbergen sie zehn Prozent aller bekannten Tierarten und ein Drittel aller Wirbeltiere." Diese Vielfalt nehme jedoch rasant ab, stärker als in allen anderen Ökosystemen.

Ob für Lebens-, Futtermittel oder Energiepflanzen – "wo mehr Biomasse gebraucht wird, steigt der Bedarf an künstlicher Bewässerung für die Landwirtschaft". Die Entnahme dieses Beregnungswassers verringert das ohnehin schwindende Grundwasser oder senkt die Pegel von Seen oder Flüssen. Daher empfehlen die Leibniz-Experten, "gebrauchtes" Wasser wie Regenwasser oder gereinigtes Abwasser in den Landschaftswasserhaushalt zurückzuführen, statt es in Bäche und Flüsse einzuleiten.

Um zu überwachen, dass sich durch eine solche Kreislaufnutzung Nährstoffe oder Schadstoffe nicht in Oberboden oder Grundwasser anreichern, haben Forscher des Instituts für innovative Mikroelektronik in Frankfurt spezielle Pegelsonden entwickelt. Integriert in das Pegelrohr messen sie in beliebigen Intervallen Wasserstand, -temperatur, pH-Wert, Salz- oder Sulfatgehalt des Grundwassers. Da sie selbstständig über ein Funknetz kommunizieren, sind keine Infrastrukturmaßnahmen wie Kabeltrassen notwendig.

Lösungsansätze für das Management eines anderen, sich durch den Klimawandel verschärfenden Problems wurden auf Borkum untersucht: Die Süßwasservorräte an Küsten und auf kleinen Inseln werden durch das zunehmende Eindringen von Salzwasser, die sogenannte Intrusion, gefährdet. "Unzweifelhaft stellt die Salzwasserintrusion und die damit verbundene Verknappung von Süßwasser ein zentrales Problem von Küsten und Inseln weltweit dar", stellen die Experten des Leibniz-Instituts für Angewandte Geophysik (LIAG) in Hannover fest. "In Deutschland sind davon beispielsweise die ost- und nordfriesischen Inseln betroffen oder in Indonesien etwa die Inseln und Atolle des Spermonde-Archipels."

Inseln ab einer Größe von etwa eineinhalb Hektar besitzen eine Süßwasserlinse. Diese schwimmt wie ein Eisberg auf dem versalzenen Grundwasser. Die Süßwasserlinse wird ausschließlich durch versickernde Niederschläge gespeist. Dieses Regenwasser ist leichter als das Salzwasser und hat einen höheren Druck, so dass sich beide Wasserschichten nicht vermischen. Für die Bildung einer stabilen Linse können mehrere Hundert Jahre nötig sein, zeigen die Berechnungen der LIAG. Fällt klimabedingt weniger Niederschlag bei gleicher Süßwasserentnahme, verdrängt das Salzwasser zunehmend die ohnehin geringere Menge des Süßwassers.

"Süßwasserlinsen kleiner Inseln sind verwundbar durch natürliche Ereignisse wie Überflutungen, Erosion oder Änderung der Grundwasserneubildung – Vorgänge, die sich durch veränderte Klimabedingungen zusätzlich intensivieren werden." Hinzu kommen die Eingriffe durch den Menschen wie Übernutzung der Brunnen, Schadstoffeintrag über den Boden oder Zerstörung der Uferbereiche. "Ohne eine sorgfältige Abstimmung von Grundwassernutzung und -schutz wird die Sicherung menschlicher Grundbedürfnisse sehr schwer."

Bei den Spermondeninseln beispielsweise, von denen nur 50 von 120 überhaupt über eine Süßwasserlinse verfügen und somit für Menschen bewohnbar sind, führten der Anstieg des Meeresspiegels und der Ufererosion durch Extremwetterereignisse bereits zu einer zunehmenden Versalzung des Wassers und dem Trockenfallen vieler Brunnen. Teilweise müssen die Bewohner Trinkwasser kaufen und sich per Schiff liefern lassen.

Auf Borkum haben die Geophysiker vom Hubschrauber aus die Süß- und Salzwasservorräte kartiert, die durch ihre unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit gut abgrenzbar sind. Dann haben sie Modelle entwickelt, die eine Übernutzung oder den Bau von Brunnen an ungeeigneten Stellen und somit eine Veränderung der Grenze zwischen Süß- und Salzwasser verhindern. "Durch den gezielten Einsatz von geophysikalischen Methoden wie auf Borkum kann die Süßwasserlinse zerstörungsfrei von der Erdoberfläche aus erkundet werden. Dabei können auf der Basis von Simulationsmodellen und Monitoring Brunnenstandorte und Wassermanagement der Salz- und Süßwassergrenze optimiert werden." Die geophysikalischen Messungen bilden das Kernstück der Untersuchungen. "In Kombination mit sozial- und gesundheitspolitischen Maßnahmen bieten die Erfahrungen deutscher Forschung auf Borkum erfolgversprechende Übertragungsmöglichkeiten für viele tropische Inselumgebungen."

Autor: Margit Mertens