Vorlesung 3 & 4 - Hydrosphäre

- Wasser ist der einzige Stoff, der auf der Erde in allen drei Aggregatszuständen, in gasförmiger, flüssiger und in fester Form vorkommt, die bezüglich Reflexion der Sonnenstrahlen (Albedo) selektiv wirken.

- Hoher latenter Wärmespeichermacht Wasser zum besten Wärmespeicher und ist wichtig für den Wärmetransport durch die Ozeaneausgleichende Wirkung des Meeres auf den Jahresgang der Temperatur ist auf diese Eigenschaft zurückzuführen.

- Ozeane sind wichtige Sauerstoffspender und riesige Auffangbecken für CO2 

- Voraussetzung für eine Vielzahl geologischer Prozesse: Verwitterung, Lösungsmittel für die Minerale in den Gesteinen, Transportmittel für gelöste Substanzen, Erosion etc. 

Wasser als für das physische Überleben notwendig ist (Bsp.: Industrie, Landwirtschaft, Abwassersysteme)

Hydrologischer Kreislauf = Zirkulation des Wassers vom Festland zum Meer und zurück

- Ist durch die Sonnenenergie gesteuert und erlaubt den Austausch von Wasser-mengen durch das Meer, die Atmosphäre, Pedosphäre, die Vegetation und die vereisten Gebiete

- Wasser, welches mittels Niederschlag auf den Boden fällt Verdunstung (Eva-poration), direkte Aufnahme durch Pflanzen (Interzeption), Wasseraufnahme und –abgabe der Pflanzen (Transpiration); Versickerung im Boden Grundwasser, Bäche, Flüsse Meer

- Rückweg des Wassers vom Meer ist nur durch die Atmosphäre möglich; sehr grosser Energieumsatz Grössen

- Niederschlag N : Wird in flüssiger/fester Form aus der Atmosphäre ausgeschie-den

- Abfluss A: Niederschlag, der auf dem Festland weder verdunstet noch gespei-chert wird; fliesst ober- oder unterirdisch zum Meer ab.

- Verdunstung V: Übergang von Wasser in die Atmosphäre. Ve= Evaporation; Vt= Transpiration

- Speichergrösse R: Rücklagen im Boden, in der Vegetation oder als Schnee/Eis

- Aufbrauch B: Bei unterdurchschnittlichem Niederschlag für Verdunstung und Abfluss

- Zufluss Z: aus Rücklagen (z.B. Schmelzwasser)

Wasserhaushaltsgleichung:

Global für langjährige Durchschnitte

Kontinente: Nl = Vl + Al

Ozeane: Nm= Vm-Al

N=V+-A

Für kürzere und nicht geschlossene Systeme

N+Z=A+(Ve+Vt+Vi)+(R-B) 

N (Niederschlag) = V (Verdunstung) + A (Abfluss) + Δ S (Speicheränderung)

Abfluss: Die Gesamtmenge des Niederschlags, welche auf dem Land auftrifft und versickert oder in Bäche und Flüsse abfliesst

Speicheränderung: kann negativ oder positiv seinàIm Winter positiv, im Frühling negativ

Einheiten:

-  Niederschlag und Verdunstungà[L/T], z.B. [mm/a]

-  Abfluss --> [L3/T], z.B. [m3/s] oder [l/s]

-  Abfluss pro Einzugsgebietsfläche (Abflusshöhe, spezifischer Abfluss: 1l/m2 = 1mm

Um Abfluss auf die gleiche Einheit zu bringen wie Niederschlag und Verdunstung wird
A = Q (Gemessener Abfluss) / F (Einzugsgebietfläche) gerechnet = [m3/s] : [km2]--> mm/a

Wasserhaushalt der Schweiz: 1500 mm = 1000 mm (Abfluss) + 500 mm (Verdunstung) 

• Virtuelles Wasser: Wasser, welches tatsächlich für die Herstellung eines Produktes gebraucht wird; Wasser, welches wir nicht direkt zu uns nehmen, sondern durch den Verzehr von Produkten brauchenàBsp: 1 Tasse Kaffee = 1000 Tassen Wasser oder 1 Hamburger = 2'400 Liter Wasser 
• Die Schweiz ist ein Importeur von virtuellem Wasser, weil wir viele Nahrungsmittel importieren müssen, hingegen sind trockene Gegenden (Afrika, Australien) Exporteure von virtuellem Wasser, weil sie viele Nahrungsmittel exportieren 

• Wasserfussabdruck: zeigt an, wie viel Wasser eine Person pro Jahr verbrauchtàCH: 1'682'000 Liter/Person & Jahr (davon 79% Import); USA: 2'483'000 Liter/Person & Jahr (davon 19% Import); Äthiopien 675'000 Liter/Person & Jahr (davon 1% Import) 

• Grünes Wasser: bleibt nur vorübergehend im Boden oder auf der Oberfläche; Wasser, welches natürlicherweise verdunstet oder von Pflanzen aufgenommen wird (dringt nicht bis zum Grundwasser durch!) 

• Blaues Wasser: wird die Menge an Wasser bezeichnet (Grundwasser oder aus Seen und Flüssen), die im häuslichen Gebrauch oder zur Herstellung eines Produktes genutzt wird, aber nicht mehr zurückgeleitet werden kann 

BewässerungderLandwirtschaft

Starker Einfluss auf den hydrologischen Kreislauf, führt zu grösserer unnatürlicher Verdunstung (Trockengebiete bewässern), Abfluss wird somit geringer 

Bsp. Aralsee
Der Aralsee hatte 1960 eine Wasserspiegel von 53.4m und jetzt ist er noch 30.6m. Der Aralsee hat keinen Abfluss, d.h. er speichert das ganze Wasser, welches zufliesst. Doch die beiden Flüsse transportieren nicht mehr genügend Wasser (Amu-Darja und Syr-Darja, v.a. durch Wasser von Gletschern). Mit der verstärkten Nutzung der Wasserressource verringert sich die Zuflussmenge in den Aralsee. Das wenige Wasser, welches den See noch erreicht, ist oft hoch mit Pestiziden, Herbiziden und Dungemittelrückständen aus der Landwirtschaft verseucht. Ab den 50er wurde die Baumwollproduktion in Zentralasien massiv betrieben, da brauchte man immer mehr Wasser von den Flüssen und vom See. Der grösste Teil des Wasser erreichte aber nie die Felder, durch die schlechten und veralteten Bewässerungsanlagen verdunstete oder versickerte viel Wasser (bis zu 80%). Im Jahre 1987 teilte sich der Aralsee mit einer Unterwasserschwelle, so beschloss man den See mit einem. Die Seespiegel unterscheiden sich um 10m. Das Gebiet um den Aralsee wurde 1992 als Katastrophengebiet erklärt, Krankheiten und Trinkwassermangel stehen an der Tagesordnung. Die Fischindustrie ist zusammengebrochen, die Fische sterben aus. Dies führt zu arbeitslosigkeit. Das Klima verändert sich, die Anbausaison wird kürzer. 

Naturkatastrophen: Anstieg der Schäden, Anstieg der Anzahl wasserbedingter Naturkatastrophen, am meisten Tote durch Fluten in Südamerika, Süd- und Ostasien

Naturgefahr: Lawinen, Hochwasser, Tsunamis etc. --> Überschreitungswahrscheinlichkeit und Intensität

Vulnerabilität: den potenziellen Schaden aufgrund eines möglichen Schadensereignisses innerhalb eines bestimmten Gebiets (sozioökonomische Verwundbarkeit)

Risiko: Konkretisierung einer Gefahr in Abhängigkeit von ihrer Eintrittswahrscheinlichkeit und den potenziellen Auswirkungen 

--> Hochwasserschutz: dies führt daszu, dass die ganz extremen Hochwasser noch überraschender kommen. Bsp.: Moldau in Prag

• Spezifische Wärmekapazität

• Schmelz- und Verdampfungswärme (latente Wärme!)

• Dichte und Dichteanomalie

• Wasser als Lösungsmittel

• Oberflächenspannung (Kapillarität) 

Salzwasser - Süsswasser:

Warmes Wasser ist oben, geringere Dichte (klates Wasser) 
Salzwasser ist unten, da es eine höhere Dichte hat, ist also schwerer

je salziger desto dichter

je kälter desto dichter

deshalb können Ozean fast nicht gefrieren. Warmes Salzwasser liegt oben auf, es müsste alles komplett gefrieren, nicht nur oben möglich wie beim See!

• Wasser kann eine grössere Wärmemenge speichern als Luft
  --> Meeresströmungen transportieren Energie sehr effektiv

• Die über den Ozean wehenden Winde führen zur Bildung von Oberflächenströmungen

• Bedeutung/Ziel: Wärme von den äquatorialen in die polaren Breiten zu transportieren

Ablauf: Im Atlantik --> 1 Winde transportieren warmes, tropisches Oberflächenwasser nach Norden (Golfstrom: 150 Millionen km3 Wasser = 150 Mal so viel wie alle Flüsse der Erde - Durchschnittlichen Geschwindigkeit von 6 km/h. Entscheidende Bedeutung für Klima in (Nord-)Europa) 

--> 2 Im Nordatlantik kühlt das Wasser ab und der Salzgehalt nimmt zu (weil weniger Süsswasserzufuhr aus Flüssen dazu --> Dichte des Wassers steigt und es sinkt nach unten
--> 3 kalte Tiefenströmung fliesst nach Süden (ozeanisches Förderband)
--> 4 fliesst in den Pazifischen Ozean (angetrieben durch Zirkumpolarstrom (kalte Meeresströmung durch rotation der Erde, Westwinddrift)
--> 5 fliesst in die Tropen/Indischen Ozean zurück, wo es sich mit darüber liegenden Wassermassen vermischt, erwärmt und an Oberfläche zurückgeht

• --> fliesst als Oberflächenstrom weiter bis in den Atlantik zurück

• Thermohaline Zirkulation: Strömungen, die durch räumliche Unterschiede in Temperatur (durch unterschiedliche Sonneneinstrahlung) und Salinität hervorgerufen werden.

• Grundsätzlich: Dichte des Wassers hängt von Temperatur und dem Saltzgehalt ab
  --> führt zu Schichtungen, die relativ stabil bleiben 

• Kaltes Wasser schiebt sich unter warmes Wasser

• Salzwasser schiebt sich unter Süsswasser 

U = V / Q    (Mittlere Umsatz-oder Verweilzeit = Volumen / Durchfluss (Mitlerer Gesamtzufluss)