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Das Wasser – Tropfen voller Kostbarkeit

Eigentlich trägt die Erde ihren Namen zu Unrecht, denn der größte Teil ihrer Oberfläche, fast drei Viertel, ist von Wasser bedeckt. Ob in gasförmigem Zustand in der Atmosphäre, in flüssiger Form in den Ozeanen, Flüssen und als Grundwasser oder in festem Zustand als Eis der Polkappen und Gletscher – in jedem Aggregatzustand ist Wasser das Lebenselixier.

Wasser gehört zu den wichtigsten Ressourcen. Es ist Urkraft der Natur, Sinnbild des Lebens und Symbol der Reinheit und der Läuterung. Seit Ende des 18. Jahrhunderts ist bekannt, dass Wasser kein chemisches Element ist, sondern eine Verbindung aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Zusammen bilden sie das geruch- und geschmacklose, farblose und lichtdurchlässige Wassermolekül H2O.

Das Wasser der Erde ist ständig in Bewegung. Verdunstung, Niederschlag und Abfluss bestimmen die Zirkulation des Wassers, den Wasserkreislauf. Es gestaltet maßgeblich das Klima mit, formt die Erdoberfläche und ist die Geburtsstätte des Lebens: Im Wasser entstanden die ersten Lebensformen. Wasser ist auch heute noch der artenreichste Lebensraum und darüber hinaus Hauptbestandteil aller Lebewesen. Auch der Mensch besteht zum überwiegenden Teil aus dem Molekül H2O. Pflanzen können zwar ohne Boden, nie aber ohne Wasser, in dem Nährsalze gelöst sind, gedeihen. Mensch und Tier können eher Hunger als Durst ertragen.

Eigentlich sind die vorhandenen Süßwasservorkommen mehr als ausreichend, um den Wasserbedarf zu befriedigen, aber fast überall sind die Wasservorkommen bedroht. Die von Natur aus ungleichmäßige Verteilung, der steigende Verbrauch und die Verschmutzung der Oberflächengewässer führen in vielen Ländern und Regionen zu existenzbedrohendem Wassermangel.

H2O: Ein ganz besonderer Stoff

Wie kam das Wasser auf die Erde?

Wasser hat sich vermutlich beim Abkühlungsprozess der noch jungen Erde gebildet. Danach gelangte es bei der Entgasung der glutflüssigen Magmen vor etwa 4 Mrd. Jahren als Wasserdampf in die Uratmosphäre der Erde und gestaltete diese um.

Abkühlung führte zu Niederschlägen, das Wasser sammelte sich in Hohlformen auf der Erde. Die stetige Abkühlung führte dazu, dass der Wasserdampf in der Atmosphäre zu Wasser kondensierte. Als Regen fiel es über Millionen von Jahren auf die Erde herab. Es gibt eine, allerdings umstrittene Theorie, die besagt, dass ein Großteil des Wassers von Kometen stammt, die Eis mit sich führten und in der Frühzeit der Erde einschlugen. Das Eis verdampfte und füllte die Uratmosphäre mit Wasserdampf, der sich schließlich verdichtete, abregnete und so auf die Erdoberfläche gelangte.

Was macht Wasser so flexibel?

Das Wassermolekül besteht aus zwei positiv geladenen Wasserstoffatomen (Wasserstoff hat das chemische Zeichen H) und einem negativ geladenen Sauerstoffatom (chemisches Zeichen: O). Durch die ungleichmäßige (asymmetrische) Verteilung der elektrischen Ladungsdichte sind Wassermoleküle ziemlich kräftige Dipole, die sich untereinander stark anziehen und über Wasserstoffbrückenbindungen zusammenhängende Molekülansammlungen bilden. Genauso schnell – innerhalb von Pikosekunden – wie die Brückenbindungen sich bilden, werden bestehende wieder gelöst, so dass keine starre Ordnung entsteht. Im Durchschnitt bleibt die Anzahl der Verbindungen bei gleich bleibender Temperatur jedoch konstant.

Was hat Wasser allen anderen Stoffen voraus?

Nahezu alle bekannten Stoffe können in drei möglichen Erscheinungsformen, den sog. Aggregatzuständen, existieren: fest, flüssig oder gasförmig. Aber Wasser ist die einzige Substanz, die in der Natur in allen drei Aggregatzuständen vorkommt: Oberhalb von 0 °C, dem Gefrierpunkt, geht es vom festen Zustand (Eis) in den flüssigen Zustand über und bei 100 °C, dem Siedepunkt, vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand (Dampf). Wasser kann niemals eine Temperatur erreichen, die höher liegt als 100 °C. Durch den Wechsel der Zustandsform ändern sich auch die Eigenschaften des Wassers, die inneren Strukturen jedoch nicht.

Wieso löst sich Wasser in Luft auf?

Wird Wasser erhitzt, nehmen durch die zugeführte Wärmeenergie die Schwingungen der Moleküle zu, die Brückenbindungen zwischen den Sauerstoff- und Wasserstoffteilchen werden aufgebrochen. Die Zahl der miteinander verbundenen Moleküle nimmt also ab und die »schnellen« unter ihnen treten aus dem Verband aus. Beim Wasserdampf gibt es infolge der großen Molekülgeschwindigkeiten keine Brückenbindungen mehr, die Moleküle bewegen sich völlig frei. Da sich die Wasserteilchen jedoch stark anziehen, ist ein hoher Energieaufwand nötig, um das flüssige Nass in Wasserdampf überzuleiten. Man spricht daher von der hohen Wärmekapazität des Wassers.

Wie reguliert Wasser unser Klima?

Aufgrund der hohen Wärmekapazität erwärmen sich die großen Wassermassen auf der Erde viel langsamer als die Landmassen. Andererseits kann Wasser über einen längeren Zeitraum Wärme speichern; etwa zehnmal soviel wie trockene Luft oder der Erdboden. Aufgrund dieser Eigenschaft verändert sich die Temperatur des Wassers bei Schwankungen der Lufttemperatur nur sehr langsam. Die Folge sind die relativ ausgeglichenen Winter- und Sommertemperaturen im Bereich großer Wasserflächen wie der Meere.

Warum schwimmt Eis?

Weil es leichter ist als Wasser. Normalerweise dehnen sich Stoffe mit steigender Temperatur aus, nicht so beim Wasser. Dieses erreicht unter normalem Druck sein Dichtemaximum (1g/cm³) bei 4 °C. Darunter nehmen die Dichte und das spezifische Gewicht ab. Man nennt dieses Verhalten auch Anomalie des Wassers.

Beim Gefrieren schließen sich die Wassermoleküle zu symmetrischen Sechsecken (Hexagonen) zusammen, die ein weitmaschiges, mit zahlreichen Hohlräumen durchsetztes, stabiles Kristallgitter bilden, das mehr Platz einnimmt als die Einzelmoleküle. Das Eis dehnt sich aus, vergrößert also sein Volumen, und zwar um etwa 9 % im Vergleich zum Wasser. Gefrorenes H2O ist also leichter als flüssiges; es schwimmt deshalb auf dem Wasser.

Übrigens: Diese sechseckige Grundform spiegelt sich besonders anschaulich in den sternförmigen Kristallen der Schneeflocken wider.

Wie kalt ist es in einem tiefen See?

Dort herrschen nicht gerade Badetemperaturen, aber wirklich kalt kann es nicht werden. Das hängt mit der Anomalie des Wassers zusammen. Infolge dieser Eigenschaft gefriert in stehenden Gewässern im Winter das Wasser auch zunächst an der Oberfläche; die Temperatur nimmt mit der Wassertiefe zu und beträgt in den unteren Bereichen 4 °C.

Warum kühlen Eiswürfel ein Getränk?

Eis ist gefrorenes Wasser, das sich unter Normaldruck bei 0 °C (Gefrierpunkt) bildet. Wenn man einen Eiswürfel in ein Getränk gibt, scheint das Eis seine Umgebung zu kühlen. Doch eigentlich ist das Gegenteil der Fall, denn bei einer Temperatur über 0 °C taut das Eis. Dabei verbraucht es Energie und die entzieht es in Form von Wärme der Umgebung, in diesem Fall der umgebenden Flüssigkeit. Die Flüssigkeit wird dadurch immer kälter und der Eiswürfel immer kleiner, bis er vollständig in den flüssigen Aggregatzustand übergegangen ist. Die Wärmeaufnahme im Eiswürfel geschieht jedoch nicht gleichmäßig; innerhalb des Würfels entstehen Spannungen, die man als Knacken wahrnehmen kann.

Kann man über das Wasser laufen?

Menschen und schwere Tiere können das nicht, aber Insekten, beispielsweise den wasserbewohnenden Wanzen, ist dies durchaus möglich.

Der Grund ist die Anziehungskraft der einzelnen Wassermoleküle. Im Innern des Wassers heben sich diese Kräfte gegenseitig auf, an der Oberfläche sind sie nach innen gerichtet und bestrebt, diese Schicht möglichst klein zu halten. Deshalb wirkt die Oberfläche des Wassers im Grenzbereich zur Luft wie eine straffe elastische Haut. Auf der Oberflächenspannung beruht auch die Fähigkeit des Wassers, Tropfen zu bilden.

Ist Wasser von Natur aus »sauber«?

Aufgrund seiner hohen Lösungsfähigkeit kommt Wasser in der Natur nie in seiner reinen Form vor, sondern enthält stets gelöste Substanzen in geringer Menge und Spuren, vor allem Salze. Süßwasser enthält beispielsweise bis zu 1 g Salz pro Liter. Von besonderer Bedeutung für Lebewesen sind die in Wasser gelösten Gase Sauerstoff und Kohlendioxid. Löslichkeit bedeutet aber nicht, dass sich die Stoffe mit dem Wasser verbinden oder mit ihm reagieren. Vielmehr bedeutet es, dass sich die Gasmoleküle zwischen die Wassermoleküle schieben.

Was ist eigentlich ...

schweres Wasser? Bei schwerem Wasser (D2O) sind die Wasserstoffatome durch Deuteriumatome ersetzt. D2O weicht in seinen Eigenschaften von denen des gewöhnlichen H2O ab und wird als Moderator (Verlangsamer der Reaktion) z. B. in Kernreaktoren verwendet.

hartes Wasser? Wasser mit einem hohen Gehalt an Calcium- und Magnesiumsalzen. Es ist im Haushalt eher unerwünscht, weil Seife mit den Calciumverbindungen unlösliche Salze bildet und so einen Teil ihrer Reinigungsfähigkeit einbüßt. Regenwasser oder enthärtetes Wasser wird als weiches Wasser bezeichnet.

der ph-Wert des Wassers? Der Messwert (Abk. für lateinisch potentia hydrogenii) gibt die in Lösungen enthaltene Konzentration von Wasserstoffionen an. Der normale ph-Wert liegt bei 7. Lösungen mit höherer Konzentration haben einen niedrigeren pH-Wert und werden als sauer bezeichnet, Lösungen mit niedrigerer Konzentration haben einen höheren pH-Wert und werden basisch (oder alkalisch) genannt.

Wasserarten: Von süß bis salzig

Ist Wasser gleich Wasser?

Nein, Wasser gibt es auf der Erde in Hülle und Fülle und in verschiedenen Zustandsformen: flüssig als Regen oder in Gewässern, fest als Schnee oder Eis und gasförmig als Wasserdampf in der Atmosphäre. Es gibt Wasser aber auch in verschiedenen »Geschmacksrichtungen«: als Süßwasser, Salzwasser oder als ein Gemisch aus beiden, dem Brackwasser. Für das Leben auf der Erde spielt das Süßwasser eine entscheidende Rolle, doch hat es nur einen Anteil von weniger als 3 % an den globalen Wasserreserven.

Was macht Wasser süß?

Eigentlich der geringe Anteil an Salz, denn entsprechend der Klassifizierung nach Wasserarten enthält Süßwasser auch Salz, aber nicht mehr als 0,1 %. Der Anteil von gelösten Salzen in Salzwasser liegt dagegen über 1 %. Meerwasser besteht im Durchschnitt sogar zu 3,47 % aus Salz.

Mehr als drei Viertel der Süßwasserreserven der Erde sind im Eis, im polaren Inlandeis und den Hochgebirgsgletschern gespeichert. Auf das unterirdische Wasser, also Grundwasser und Bodenfeuchte, entfällt ein Anteil von rd. 22 %. Der Rest befindet sich in stehenden und fließenden Gewässern sowie als Wasserdampf in der Atmosphäre.

Gibt es auch Salzwasser außerhalb der Meere?

Ja, auch wenn der Großteil der globalen Wasserreserven – etwa 97 % – auf die Ozeane entfällt, es gibt auch im Binnenland stehende Gewässer mit erhöhtem Salzgehalt. Diese Salzseen oder Salzlaken entstehen, sobald die andauernde Verdunstung die Wasserzufuhr durch Niederschläge, Zuflüsse oder Grundwasserzustrom über längere Zeiträume übersteigt und sich so der Gehalt von Salzen und Mineralien ständig erhöht. Im Extremfall kann der Salzgehalt den des Meerwassers übersteigen und in kristallinen Krusten ausfallen: eine besondere Herausforderung für die dort lebende Tier- und Pflanzenwelt.

Können wir auf dem Meer verdursten?

Diese Gefahr besteht tatsächlich: Auch wenn man von Wasser umgeben ist, kann man verdursten. Trinkt man zu viel Salzwasser, wird der Wasserbedarf nicht gestillt, sondern das Gegenteil tritt ein – man trocknet innerlich aus.

Der Grund liegt darin, dass das Wasser in den Körperzellen des Menschen einen geringeren Salzgehalt als Meerwasser hat, nämlich durchschnittlich nur 0,9 % im Gegensatz zu 3,47 %. Nimmt man Salzwasser zu sich, wird den Zellen Wasser entzogen anstatt hineinzuströmen, und zwar so lange, bis sich die Salzkonzentration auf beiden Seiten der Zellwand angeglichen hat. Das Gehirn, das die Flüssigkeitsmenge in den Zellen registriert, würde mit einem verstärkten Durstgefühl reagieren. Doch mit jedem weiteren Schluck Meerwasser würde auch mehr Salz in den Körper gelangen und so den Prozess noch verstärken.

Was tun, wenn Süßwasser knapp wird?

Eine Möglichkeit, den steigenden Bedarf an Trinkwasser zu decken, ist, salzhaltiges Meerwasser in Süßwasser zu verwandeln. Die Verfahren zur Meerwasserentsalzung sind jedoch meist sehr energieaufwändig und kostenintensiv. Für verschiedene Bewässerungsprojekte werden schon heute teils große unterirdische und Jahrtausende alte Grundwasserspeicher angezapft. Kühn sind die Pläne, Eisberge, also gefrorenes Süßwasser, das vom antarktischen Schelfeis oder polaren Gletschern abgebrochen im Meer treibt, abzuschleppen und sie in Trockengebieten als Wasserspender zu nutzen.

Warum ist die Ostsee das größte Brackwassermeer der Erde?

Wegen der Verbindung zur Nordsee und des Zustroms von Süßwasser aus den Flüssen nimmt der Salzgehalt von 3,5 % im Kattegatt bis auf kaum messbare Mengen in den Innenbuchten der östlichen Ostsee ab. Aufgrund des geringen Salzgehaltes bildet die Ostsee im Winter regelmäßig eine Eisdecke, vor allem im Finnischen und Bottnischen Meerbusen.

Genau genommen hat Brackwasser einen Salzgehalt zwischen 0,1 % und 1 %. Die Mischung aus süßem Flusswasser und salzigem Meerwasser entsteht beispielweise in breiten und flachen Mündungsbereichen großer Flüsse oder in tropischen Mangrovensümpfen. Aber auch in Fließgewässern im Binnenland kann durch Salzzufuhr Brackwasser entstehen. Die Ursachen sind teils natürlichen Ursprungs, teils von Menschen gemacht. Besonders die Natriumchlorid- und Kalziumchlorideinleitungen aus dem Bergbau und der chemischen Industrie lassen den Salzgehalt der Flüsse erheblich ansteigen.

Wussten Sie, dass …

allein der Baikalsee in Ostsibirien ein Fünftel des weltweit frei verfügbaren Süßwassers speichert? Sein Reservoir ist damit so groß wie das der Großen Seen Nordamerikas zusammengenommen.

Brackwasser für Menschen ebenso wenig verträglich ist wie Salzwasser? Das Wort Brack stammt übrigens aus dem Niederdeutschen und bezeichnet einen See oder Teich, der durch einen Deichbruch im Zuge einer Sturmflut entstanden ist.

Meerwasser auch für Fische zu salzig ist? Manche scheiden das überschüssige Salz über die Kiemen aus. Reptilien entledigen sich des Salzes durch »Krokodilstränen« über die Augen oder durch die Nase, indem sie wie die Meerechsen heftig niesen.

Der Wasserkreislauf: Kein Tropfen geht verloren

Wie viel Wasser gibt es auf der Erde?

Das globale Wasservorkommen wird auf 1,45 Mrd. km³ geschätzt, davon entfällt der Löwenanteil, etwa 97 %, auf das Salzwasser in den Ozeanen. Süßwasser macht weniger als 3 % der Wasserreserven aus.

Der Großteil des Süßwassers ist im Eis der Polkappen und der Hochgebirgsgletscher gebunden. Das Süßwasser in den Flüssen oder Seen verteilt sich wie auch das Grundwasser sehr ungleichmäßig auf der Erdoberfläche. Nur ein verschwindend kleiner Anteil befindet sich in Form von Wasserdampf in der Erdatmosphäre. Er spielt aber für unser Wettergeschehen eine entscheidende Rolle.

Wie reist das Wasser um die Welt?

Seit Milliarden von Jahren zirkuliert es um unseren Erdball. Dabei geht kein Tropfen verloren. Über Verdunstung, Niederschlag und Abfluss »reist« das Wasser ständig zwischen den Meeren, der Atmosphäre und dem Festland umher. Man spricht von einem großen globalen Wasserkreislauf, der durch die Sonneneinstrahlung ausgelöst bzw. aufrechterhalten wird und mit Änderungen des Aggregatzustandes des Wassers verbunden ist. Daneben gibt es mehrere kleinere oder innere Kreisläufe als Teil der großen Zirkulation; dabei spielen sich Verdunstung und Niederschlag ausschließlich über dem Meer bzw. ausschließlich über dem Land ab.

Woher stammt das Süßwasser?

Alles Wasser, das sich auf den Kontinenten befindet, sei es in Seen, Flüssen, Sümpfen oder als Grundwasser, Schnee und Eis, stammt aus dem Meer.

Ohne den großen Kreislauf wäre das Wasser jedoch für die meisten Land- und Süßwasserbewohner ungenießbares Salzwasser: Bei der Verdunstung durch die Sonneneinstrahlung verbleiben die im Meerwasser gelösten Salze in den Ozeanen. Praktisch salzfrei kehrt der aufsteigende Wasserdampf über die Kondensation und den Niederschlag wieder auf die Erde zurück. Der Großteil geht direkt über den Meeren nieder.

Wie kommt das Salz ins Meer?

Die Salze im Meer entstammen hauptsächlich dem Festland, insbesondere aus der Zeit der Entstehungsgeschichte der Erdoberfläche.

Seit vielen Milliarden Jahren versickert auf der Erde ein Teil der Niederschläge, ein anderer fließt oberirdisch ab. Auf dem Weg durch die Boden- und Gesteinsschichten reichert sich das Süßwasser jedoch aufgrund seiner Lösungsfähigkeit wieder mit Natriumchlorid und anderen Mineralien an. Über Bäche und Flüsse wird diese Fracht nach und nach ins Meer transportiert. Da bei der Verdunstung an der Meeresoberfläche jährlich große Wassermassen verdampfen, die im Wasser gelösten Salze jedoch im Meer zurückbleiben, speicherten die Ozeane im Lauf der Zeit Milliarden Tonnen von Salz. Der durchschnittliche Salzgehalt der Weltmeere liegt heute bei 3,5 %.

Wie viel Wasser gibt ein Baum in die Atmosphäre ab?

Ein großer Baum, der in gemäßigtem Klima wächst, führt der Atmosphäre jährlich mehr als 20 000 l Wasser zu.

Überall, wo sich eine Vegetationsdecke gebildet hat, sei sie noch so locker und lückenhaft, greifen Pflanzen in den großen Wasserkreislauf ein und bilden einen für das Leben bedeutsamen Unterkreislauf.

Das Regenwasser sickert in den Boden und wird dort von den Pflanzenwurzeln aufgesogen. Mit dem Wasser werden die in ihm gelösten und für die Pflanze lebenswichtigen Mineralien und Salze aufgenommen. Durch ein System von Leitbündeln und Blattadern steigt das Wasser bis zu den Blättern, von wo aus es über die Transpiration, also die Abgabe von Wasserdampf, an die Atmosphäre zurückgegeben wird. Dabei kühlen die Pflanzen sich und ihre Umgebung ab. Das verdunstete Wasser verdichtet sich wieder zu Wolken und geht als Niederschlag zu Boden. Der Kreislauf beginnt von neuem.

Wussten Sie, dass …

nur rd. 1 % des Süßwassers aktiv am Wasserkreislauf teilnimmt?

es im Durchschnitt 3000 Jahre dauert, bis sich das gesamte Wasser der Meere und der Ozeane erneuert hat?

die Wasserbilanz bzw. der Wasserhaushalt Auskunft gibt über die in einem Wasserkreislauf in einem bestimmten Gebiet befindliche Wassermenge?

sich die Hydrologie mit den Erscheinungsformen, der Verteilung und dem Verhalten des Wassers in der Natur befasst? Dabei unterscheidet man zwischen der Lehre von den Binnengewässern (Limnologie), der Meereskunde (Ozeanologie), der Lehre vom Grundwasser (Hydrogeologie) und der Gletscherkunde (Glaziologie).

Wasser: Elixier des Lebens

Warum ist Wasser so wichtig?

Wasser ist der Rohstoff des Lebens: Jeder Organismus besteht zu einem gewissen Prozentsatz aus Wasser, und er braucht Wasser zum Überleben.

Das Leben entstammt sogar dem Wasser – genauer gesagt, dem Meerwasser. In den Ozeanen der Urzeit bildeten sich aus kleinen organischen Molekülen jene komplexen Verbindungen, aus denen schließlich lebende Organismen hervorgingen. Aus den ersten primitiven Lebensformen entwickelte sich eine große Artenvielfalt mit vielen eindrucksvollen Vertretern; in den ersten 3 Mrd. Jahren war das Leben jedoch ausschließlich an das Wasser gebunden. Und in gewissem Sinne hat sich das Leben nie vom Wasser entfernt, denn alle lebenswichtigen Vorgänge in den Zellen laufen in einer wässrigen Lösung ab.

Zu wie viel Prozent besteht unser Körper aus Wasser?

Der Mensch ist ein »Wasserwesen«, da sein Körper zu großen Teilen aus Wasser besteht. Dabei variiert der Wassergehalt im Alter: Während bei einem Neugeborenen 70–80 % des Körpergewichts aus Wasser bestehen, sinkt der Anteil im Lauf des Lebens immer weiter ab – bei Menschen, die älter als 85 Jahre sind, liegt er bei nur noch 45–50 %.

Das Blut, das größtenteils in den Gefäßen zirkuliert, besteht zu über 50 % aus Wasser. Das meiste Wasser befindet sich innerhalb der Körperzellen im sog. Intrazellulärraum, der Rest, etwa ein Drittel, im Extrazellulärraum, also außerhalb der Zellen.

Wozu braucht unser Körper Wasser?

Der menschliche Stoffwechsel funktioniert nur, wenn dem Körper ausreichend Wasser zur Verfügung steht.

Wasser regelt die Herzkreislauffunktion und die Verdauung, ist Lösungsmittel für Salze und Mineralstoffe, Transportmittel für Nährstoffe und Abbauprodukte. Zudem ist es für die Wärmeregulierung des menschlichen Körpers von zentraler Bedeutung. Durch Schwitzen, Atmen sowie durch die Ausscheidungen gehen unter normalen Umständen im Lauf eines Tages etwa 2–3 l Wasser verloren. Dieser Verlust muss über Nahrung und vor allem über Getränke wieder ausgeglichen werden, denn schon auf kleinste Veränderungen im Wasserhaushalt reagiert der Körper mit gravierenden Störungen.

Wann haben wir Durst?

Bei einem Flüssigkeitsverlust von etwa 0,5 % entsteht ein Durstgefühl, das mit weiter abnehmendem Wassergehalt des Körpers zunehmend stärker wird. Bei 2 % vermindert sich bereits die körperliche und geistige Leistungsfähigkeit, bei einer Abnahme um 5 % steigt die Körpertemperatur an. Ein Wasserlust von 10 % des Körpergewichts bedingt schwere Krankheitserscheinungen wie Bluteindickung, Kreislaufversagen, Verwirrtheit. Ein Defizit von mehr als 20 % führt unweigerlich zum Tod durch Nieren- und Kreislaufversagen: Ohne Nahrung kann ein Mensch je nach Fettreserven etwa vier Wochen überstehen, ohne Wasser jedoch nur wenige Tage.

Wie verwenden Pflanzen Wasser?

Wie für Menschen und Tiere ist Wasser auch für Pflanzen unentbehrlich. Es ist ebenfalls Hauptbestandteil der Flüssigkeit in den Zellen, die ihrerseits das Gewebe und die Organe der Pflanzen aufbauen.

Das Wasser hat darüber hinaus eine Schlüsselrolle bei der Photosynthese, ist Lösungsmittel für die lebensnotwendigen Nährstoffe und übernimmt den Stofftransport. Die Aufnahme geschieht in der Regel über die Wurzeln aus dem Erdboden. Das Wasser mit den darin gelösten Mineralien und Salzen wird vom Xylem, dem Leitgewebe, aufgenommen und durch die Kapillarkräfte vorrangig zu den Blättern transportiert. Treibende Kraft ist gewissermaßen die Sonne: Durch die Spaltöffnungen der Blätter und die Einwirkung des Sonnenlichts geht eine gewisse Menge an Wasser durch Verdunstung verloren – es entsteht ein Transpirationssog mit einer Saugwirkung auf das Xylem. Einem mit Flüssigkeit getränktem Löschpapier gleich steigt so kontinuierlich Wasser aus den unterirdischen Pflanzenteilen nach oben. Durch diesen Transpirationsvorgang gelangt ein Großteil des im Boden versickerten Wassers wieder zurück in die Atmosphäre.

Wie überstehen Pflanzen extreme Trockenheit?

Kakteen besitzen beispielsweise nur sehr spärlich ausgeformte Blätter – die Stacheln, die den Wasserverlust durch Transpiration möglichst gering halten – oder dicke Stängel, deren Gewebe Wasser speichert und bei Bedarf diese Vorräte wieder abgeben kann. Manche Wüstenpflanzen haben lange Wurzeln, um tief im Erdreich liegende Wasserquellen zu erschließen, andere haben knapp unterhalb der Oberfläche liegende Wurzeln, um die Oberflächenfeuchtigkeit aufzunehmen. Wieder andere Pflanzen überleben als Samen, die manchmal jahrelang im Boden ruhen, bis einsickernder Regen sie innerhalb kürzester Zeit zum Keimen und Blühen bringt.

Warum überleben Tiere in der Wüste?

Weil auch Tiere mannigfaltige Methoden entwickelt haben, mit deren Hilfe lange Trockenzeiten überstanden werden können. Der Großteil der Wüstentiere ist nachtaktiv, da es nachts kälter ist und Wasserverluste geringer ausfallen.

Kamele etwa haben sich hervorragend an den Wassermangel angepasst. Sie können bis zu 40 % ihrer Körperflüssigkeit unbeschadet verlieren und diesen Wasserverlust durch einmaliges Trinken wieder ausgleichen. Wasserausscheidungen werden so weit wie möglich minimiert, Ausscheidungsstoffe extrem konzentriert. Zusätzlich können Fettvorräte aus ihren Höckern durch zelluläre Vorgänge in Wasser umgewandelt werden.

Wozu brauchen Fische Wasser?

Ohne Wasser würden die Fische keine »Luft« mehr bekommen und ersticken.

Fische können bis zu 90 % des im Wasser gelösten Sauerstoffs mit ihren Kiemen aufnehmen. Das Wasser fließt ins Maul, passiert die Kiemenkammern sowie die Kiemen und tritt durch die Kiemenklappen wieder aus. Der Durchfluss wird durch das Öffnen und Schließen des Maules geregelt. Bei vielen Hochseefischen (z. B. Haie, Makrelen) genügt es, mit offenem Maul zu schwimmen, doch müssen sie ständig in Bewegung bleiben.

Wird Trinkwasser knapp?

Aus Sicht der ungestörten Natur steht alles zum Besten, denn Wasser gibt es auf der Erde in Hülle und Fülle.

Das für das Leben auf der Erde entscheidende Süßwasser hat zwar nur einen Anteil von weniger als 3 % an den globalen Wasserreserven, dennoch wären die vorhandenen Vorkommen mehr als ausreichend. Allerdings gibt es durch die von Natur aus ungleichmäßige Verteilung, den verschwenderischen Umgang des Menschen sowie die Verschmutzung weltweit immer mehr Engpässe bei der Wasserversorgung. Ein Lösungsansatz: Wasser muss von der internationalen Politik als schützenswertes Gut begriffen werden.

Ist Wasser heute nur noch ein Luxusgut?

Auf der ganzen Welt wird leichtfertig mit dem kostbaren Nass umgegangen: So verbraucht Saudi-Arabien 210 % dessen, was es an eigenen Wasserressourcen hat. Das durch Öl reich gewordene Land kann es sich leisten, Golfplätze und Swimmingpools mitten in der Wüste zu betreiben – zumindest finanziell. Der Massentourismus hat auf den Urlaubsinseln Mallorca in Spanien und Koh Samui in Thailand zu Wassernotständen geführt. Für die Touristen muss regelmäßig Wasser vom Festland transportiert werden. Schließlich verbrauchen sie bis zu fünfmal mehr Wasser als sie normalerweise zu Hause benötigen.

Wofür wird das kostbare Nass genutzt?

Weltweit benötigen Industriebetriebe 20 % des Wassers, die privaten Verbraucher benutzen 10 %. Mit 70 % wird in der Landwirtschaft der weitaus größte Anteil Wasser verbraucht. Dabei geht noch immer die Hälfte quasi ungenutzt verloren, weil z. B. die Bauern Felder einfach überfluten, um sie zu bewässern, statt jede einzelne Pflanze zielgerichtet mit der nötigen Wassermenge zu versorgen. Um die globalen Wasserreserven nachhaltig zu nutzen, müssen sie besser verwaltet werden. Andernfalls werde, so ein Bericht der Vereinten Nationen, die Menschheit langfristig bedroht.

Wussten Sie, dass …

schon der griechische Philosoph Thales von Milet im 6. Jahrhundert v. Chr. erkannte, dass die Existenz aller Dinge dem Wasser zu verdanken ist?

seit 960 in Valencia jeden Donnerstag das unabhängige Wassergericht zusammentritt? Es ist der älteste ständige Gerichtshof der Erde. Acht Männer vertreten die verschiedenen Gebiete mit den Bewässerungskanälen, die von den Mauren errichtet wurden, um die Huerta von Valencia, ein Obst- und Gemüseanbaugebiet, mit Wasser zu versorgen. Hier wird das Wasser verteilt und bei Streitigkeiten über die Bewässerung Recht gesprochen. Heute ist das Tribunal auch eine beliebte Touristenattraktion.

Wussten Sie, dass …

die Menschheit heute 45-mal so viel Wasser verbraucht wie noch vor 300 Jahren?

nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation weltweit etwa 1,1 Mrd. Menschen keine verlässliche Versorgung mit sauberem Wasser haben?

durch Wasserverschmutzung vermutlich jährlich rd. 25 Mio. Menschen sterben, vor allem in den Entwicklungsländern?

jedes Jahr am 22. März auf Initiative der UNO der Internationale Tag des Wassers begangen wird? Damit soll auf die überlebenswichtige Bedeutung der Ressource hingewiesen werden.

die Jahre 2005 bis 2014 zum Jahrzehnt des »Wassers – Quelle des Lebens« erklärt worden sind?

Flüsse: Lebenslinien der Erde

Wann bildet sich überhaupt ein Fluss?

Voraussetzung für ein Fließgewässer ist ein Überschuss an Niederschlag gegenüber Verdunstung und Versickerung sowie ein Gefälle im Gelände.

Fließgewässer dienen der natürlichen Entwässerung der Landflächen, indem sie das überschüssige Oberflächenwasser aufnehmen und abtransportieren. Das gesamte Entwässerungsnetz eines Flusses von der Quelle bis zur Mündung mit allen Nebenflüssen und Seen bezeichnet man als Flusssystem. Die von ihm entwässerte Fläche ist das sog. Einzugsgebiet, das von dem eines anderen Flusssystems durch Wasserscheiden getrennt ist. Innerhalb des Netzes gibt es deutliche Hierarchien: Man unterscheidet Hauptflüsse, die in einem Meer oder See münden, und Nebenflüsse, die den Hauptflüssen zufließen. Das Fließgewässer selbst wird in Fließrichtung in Oberlauf, Mittellauf und Unterlauf unterteilt.

Wohin fließen die meisten Flüsse?

Die meisten Flüsse strömen anderen Flüssen, Seen oder den Weltmeeren zu. Von den Flüssen, die ins Meer münden, nimmt der Atlantik zwei Drittel auf. Der Indische Ozean kommt auf ein Fünftel, der Rest entwässert in den Pazifik.

Eine Besonderheit sind die sog. Endseen, wie das Kaspische Meer oder der Tschadsee in Afrika. Sie haben keine Verbindung zum Meer, nehmen aber Flusswasser auf, das durch Verdunstung wieder in den Wasserkreislauf gelangt. Einige Flüsse wiederum versickern in einem Binnendelta, ohne je ein anderes Gewässer erreicht zu haben. Ein Beispiel ist der Okavango im südlichen Afrika, der in der Kalahari versickert.

Warum treten Flüsse über die Ufer?

Extreme Regenfälle oder rasche Schneeschmelze führen immer wieder dazu, dass ein Flussbett das Wasser nicht mehr fassen kann. Dadurch tritt das Wasser über die Ufer und überschwemmt nahe gelegene Landschaften.

Überschwemmungen sind natürliche und immer wieder vorkommende Ereignisse, die für eine Reihe von Vorgängen in der Natur sehr wichtig sind: Sie verbessern beispielsweise durch Ablagerung mitgeführter Schwebstoffe die Bodenqualität. Die immer häufiger auftretenden Hochwasserkatastrophen der jüngsten Zeit könnten allerdings Anzeichen eines Klimawandels sein. Aber auch der Mensch selbst hat durch die Begradigung und Kanalisierung von Fließgewässern, den Verbau der Uferflächen und die Trockenlegung von Überflutungsflächen dazu beigetragen, dass Hochwasser derartige Auswirkungen hat.

Welche sind die längsten Ströme der Erde?

Mit einem Einzugsgebiet von 7 Mio. km² steht der Amazonas in Südamerika an der Spitze der größten Flüsse. Mit 6400 km ist er aber nur der zweitlängste, denn er wird vom 6671 km langen Nil (einschließlich seines Quellflusses Kagera) übertroffen. Asien kann mit dem Chang Jiang, der eher als Jangtsekiang bekannt ist, in China aufwarten (etwa 6300 km), Nordamerika mit dem Mississippi, der mit seinem Nebenfluss Missouri auf 6021 km kommt. Die Wolga erreicht nach 3685 km als längster europäischer Fluss das Meer. Und der Darling in Australien ist mit 2740 km immerhin noch mehr als doppelt so lang wie der Rhein mit vergleichsweise kurzen 1320 km.

Wann entsteht ein Wasserfall?

Wasserfälle entstehen immer dann, wenn ein Fluss seinen Lauf über eine harte Gesteinsbarriere nimmt. Dabei stürzt das Wasser über eine oder mehrere Stufen senkrecht ab. Eine Folge meist niedriger, treppenartig angeordneter Stufen heißt Kaskade. Durch Erosion wird der Wasserfall im Lauf der Zeit stromaufwärts zurückverlegt, wobei er an Höhe verlieren und zu Stromschnellen aufgelöst werden kann. Viele größere Wasserfälle in Südamerika, Afrika und Indien ergießen sich über den Rand breiter Hochebenen.

Wo beginnt ein Fluss seinen Lauf?

Als Ursprung eines Flusses betrachtet man – sofern er nicht einem stehenden Gewässer entspringt – allgemein die mündungsfernste Quelle. Die Austrittsstellen liegen meist im Gebirge.

Das schnell fließende Wasser verläuft im Oberlauf des Flusses geradlinig bei starkem Gefälle. Im weiteren Verlauf erhält der Bach immer mehr Wasser von seinen Nebenflüssen und wird zum ruhig fließenden Strom. Unter natürlichen Bedingungen weitet sich das im Gebirge noch enge Tal aus, das Gefälle nimmt ab, der Fluss wird breiter, die Wasserführung nimmt zu und der Fluss beginnt im Tiefland zu mäandrieren. Die Geröllfracht des Flusses wird geringer, nur die gelösten Schwebstoffe werden bei Hochwasser noch in größerer Menge in Richtung Meer transportiert.

Warum pendelt ein Fluss?

Wenn Flüsse ein sehr flaches Gebiet durchströmen, gleicht ihr Lauf häufig einer unregelmäßigen Schlangenlinie. Mäander nennt man diese Flussschlingen, die sich ständig verändern. Die Biegungen und Windungen können durch Unebenheiten im Flussbett oder an den Ufern ausgelöst werden. Dadurch wird der Fluss abgelenkt und zum Pendeln veranlasst. An der Außenseite der Flussschlinge fließt das Wasser schneller und beginnt den Uferbereich, den Prallhang, zu unterhöhlen. Auf der gegenüberliegenden Seite, dem Gleithang, werden dagegen mitgeführte Sande und Kiesel abgelagert.

Mit der Zeit kann am unteren schmaleren Ende der Mäander durch die Ablagerungen abgeschnitten werden, und es bildet sich ein Altarm, der nur noch bei Hochwasser geflutet wird. Durch seine Erosionskraft kann ein Fluss zwei Rücken an Rücken liegende Prallhänge so stark abtragen, dass ebenfalls ein Durchbruch entsteht, übrig bleibt schließlich in der Mitte der Schlinge ein sog. Umlaufberg.

Übrigens: Der Name Mäander bezieht sich auf den gleichnamigen Fluss in Kleinasien (Menderes), der solche Schlangenlinien in mustergültiger Form präsentiert.

Was unterscheidet die Elbe vom Mississippi?

Die Elbe mündet in einem Ästuar (Trichter), der Mississippi in einem Delta ins Meer.

Besteht kein Niveauunterschied zwischen Fließ- und Mündungsgewässer, bilden die mitgeführten Schwebstoffe des Flusses ein Delta, das der Form des griechischen Buchstabens Δ gleicht. Das bekannteste Beispiel ist das Nildelta im Mittelmeer, wo sich der Strom in mehrere Mündungsarme verzweigt. Der Mississippi schiebt sein Mündungsdelta jährlich um etwa 200 m in den Golf von Mexiko vor.

Wenn die Strömung gering ist, der Fluss aber viel Sedimentationsfracht mit sich führt, entsteht ein Finger- oder Vogelfußdelta. Der Mississippi etwa hat entlang seiner Mündungsarme ein System von Uferdämmen aufgebaut, die sich weit in den Golf von Mexiko vorschieben. Meeresströmungen am Ende biegen die Uferdämme um, und es entsteht eine amphibische Landschaft, die aus der Luft betrachtet an einen Vogelfuß erinnert. Bei geringen Gezeiten- oder Meeresströmungen – und ohne Eingriffe des Menschen – wachsen Deltas kontinuierlich an.

Unterliegt der Küstenabschnitt starken Gezeitenschwankungen, bildet sich eine trichterförmige Mündung, ein Ästuar, die weit ins Hinterland vordringen kann. Weitere bekannte Beispiele einer solchen Trichtermündung sind Themse und Garonne.

Warum schwankt der Wasserstand?

Flüsse führen nicht immer gleich viel Wasser mit sich, manche, die periodischen Flüsse, führen nur während oder nach der Regenzeit und die episodischen Flüsse nur nach starken Regenfällen viel Wasser. Die Wassermenge, die an einem Messpunkt in einer bestimmten Zeit ein Flussgebiet verlässt, nennt man Abfluss. Meist wird er in Liter oder Kubikmeter pro Sekunde gemessen. Der Abfluss unterliegt starken Schwankungen, die von Starkregen, Schneeschmelze, Trocken- oder Frostperioden herrühren. Wenn die Wasserspeicherkapazität des Bodens erschöpft ist, fließen große Wassermengen als Hochwasser ab. Bleiben die Niederschläge dagegen aus oder fallen als Schnee und ist die Verdunstung zudem sehr hoch, kommt es zu Niedrigwasser.

Wie kann man die Kraft des Wassers nutzen?

Die Kraft fließenden Wassers wurde schon früh genutzt, z. B. um Schöpfräder in Gang zu halten oder Getreidemühlen zu betreiben. Heute haben Wasserkraftwerke einen Anteil von etwa 20 % an der weltweit erzeugten Elektrizität.

Um Wasserkraft zur Energiegewinnung nutzen zu können, braucht man zwei Dinge: ein großes Gefälle und/oder eine hohe Durchflussmenge. Speicherkraftwerke trifft man vor allem in Gebirgsregionen an, denn sie arbeiten bei kleiner Durchflussmenge und großer Fallhöhe von gelegentlich mehr als 100 m Höhe. Das Kraftwerk befindet sich am Fuß der Staumauer. Das in Stauseen gespeicherte Wasser dient oft auch als Trinkwasserreservoir und zur Bewässerung.

Wussten Sie, dass …

Flüsse ständig an der Umgestaltung der Erdoberfläche beteiligt sind? Sie arbeiten unaufhörlich an ihrem Bett, graben sich ihr Tal, transportieren Schwebfracht und Felsgeröll und bauen, indem sie diese ablagern, neues Land auf.

einige Flüsse nach der Färbung der von ihnen transportierten Schwebstoffe benannt sind? Das bekannteste Beispiel ist der Huang He (Gelber Fluss), der jährlich Millionen Tonnen gelben Löss transportiert.

bei episodischen Flüssen die Flussbetten manchmal für Jahre austrocknen? In Wüstengebieten des arabischsprachigen Raums nennt man ein Trockental Wadi, im südlichen Afrika Rivier und in Nordamerika Creek.

Wussten Sie, dass …

der höchste Wasserfall der Erde in Venezuela liegt? Der Angelfall hat eine Fallhöhe von 978 m.

nach dem Wasserdurchfluss die Livingstonefälle des Kongo in der Demokratischen Republik Kongo mit 35 100 m³/sec die mächtigsten Fälle bilden?

das größte System von Wasserfällen der Iguaçu an der Grenze von Argentinien zu Brasilien bildet? Auf einer Breite von fast 4 km stürzt der Fluss über 275 Kaskaden in die Tiefe.

Seen: Stille Wasser im Binnenland

Wann entsteht ein See?

Seen entstehen auf wasserundurchlässigem Grund, wenn die Zuflüsse gar nicht oder nicht in genügender Menge abfließen können. Das Wasser stammt teils aus Niederschlägen, teils aus ober- oder unterirdischen Zuflüssen und wird durch Verdunstung oder Abflüsse wieder abgegeben. Ein See ist laut Definition eine ständig oder zeitweise mit Wasser gefüllte und von Land umschlossene Hohlform, die nicht unmittelbar mit dem Meer verbunden ist.

Vor allem große Seen haben Einfluss auf das lokale Klima. Durch ihre Fähigkeit, Wärme zu speichern, mildern sie die klimatischen Extreme. Zudem speichern sie Wasser aus Niederschlagsperioden und reichern umgekehrt in Trockenzeiten die Umgebung mit Luftfeuchtigkeit an.

Wo gibt es weltweit die meisten Seen?

Die meisten heutigen Seen haben ihren Ursprung in der Eiszeit und liegen in Regionen, die noch vor 10 000 Jahren vom mächtigen Inlandeis bedeckt waren. Die Eismassen hinterließen nach ihrem Rückzug aus den vergletscherten Gebirgen Talkessel und Bodenmulden, in denen sich Schmelzwasser sammelte. Im Flachland stauten Endmoränen das Wasser und bildeten riesige Seenplatten.

Becken, in denen sich Seen bilden können, entstehen aber auch durch Bewegungen der Erdkruste wie Bruchbildung und Faltung, durch Verwitterung und Abtragung oder durch Vulkanismus und Meteoriteneinschläge. Beispiele für tektonische Seen sind viele Seen im Ostafrikanischen Grabensystem wie der Tanganjika- und der Malawisee, aber auch das Tote Meer und der Baikalsee.

Wind kann in Wüsten Senken ausblasen. Reichen diese bis zum Grundwasserspiegel, bilden sich kleine Seen. An Küsten entstehen durch die Abschnürung flacher Meeresgewässer Strandseen, die durch Niederschläge zu Süßwasserseen werden.

Welcher ist der größte See?

Der größte See der Welt ist ein Salzsee: das Kaspische Meer. Mit einer Fläche von rd. 386 500 km² übertrifft es die Nummer zwei, den Oberen See (Lake Superior) in den USA, um mehr als das Vierfache. Mit rd. 245 000 km² bilden die Großen Seen im Grenzgebiet von Kanada und den USA – neben dem Oberen See der Michigansee, Huronsee, Eriesee und Ontariosee – die größte Süßwasserfläche der Erde. Auf Platz drei der Weltrangliste steht der Victoriasee in Ostafrika mit 69 484 km².

Größter See Europas ist der 17 703 km² große Ladogasee in Russland, der seine Größe der letzten Vereisungsperiode zu verdanken hat. Dies trifft auch auf die größte Konzentration von Seen zu, die Finnische Seenplatte. Die mehr als 60 000 Seen nehmen fast 10 % der Fläche Finnlands ein.

Der Volta-Stausee in Ghana ist mit 8442 km² bislang der flächenmäßig größte Stausee; vom Stauvolumen her führt mit 180 000 Mio. m³ der Karibasee an der Grenze zwischen Sambia und Simbabwe. Geradezu winzig nimmt sich dagegen der Stausee der Bleilochtalsperre in Thüringen aus: Mit 9,2 km² Seefläche und einem Stauvolumen von 215 Mio. m³ ist er immerhin der größte deutsche Stausee.

Übrigens: Auch wenn er im Hinblick auf die Fläche nicht zu den größten Seen zählt, hat der russische Baikalsee zwei Superlative vorzuweisen: Er ist der tiefste See der Erde und enthält das meiste Süßwasser.

Warum müssen Seen sterben?

Über die Atmosphäre, Zuflüsse oder das Grundwasser, aber auch durch Einleitungen ungeklärter Abwässer wird der See – sofern kein ausreichender Wasseraustausch stattfindet – im Lauf der Zeit mehr und mehr mit Nährstoffen angereichert. Durch das verstärkte Wachstum von Phytoplankton und die Zersetzung des abgestorbenen organischen Materials erstickt er regelrecht und verlandet. Je größer sein Volumen und je schwebstoffärmer seine Zufuhr, desto länger lebt er. Geologisch betrachtet sind die meisten Seen der Erde daher junge wie auch kurzlebige Erscheinungen.

Ein anderes Schicksal erwartet viele Endseen in den Trockengebieten der Erde. Erreicht der Wasser zuführende Fluss sein Ziel nicht mehr, weil z. B. das Flusswasser umgeleitet wird, trocknet der See allmählich aus oder versalzt. Ein trauriges Beispiel dafür liefert der Aralsee in Zentralasien, der vor etwa 40 Jahren noch der viertgrößte See der Erde war und seitdem zunehmend von der Bildfläche verschwindet.

Wussten Sie, dass …

der salzhaltigste See nicht das Tote Meer, sondern der Assalsee im ostafrikanischen Djibouti ist? Er liegt rd. 173 m unter dem Meeresspiegel. Sein Salzgehalt ist mit knapp 35 % etwa zehnmal so hoch wie der der Ozeane.

auch der »gefährlichste« See in Afrika liegt? 1986 starben in Kamerun rd. 1700 Menschen an den Folgen einer Kohlendioxidvergiftung. Das gefährliche Gas war aus dem Nyossee entwichen, der in der Caldera eines erloschenen Vulkans liegt.

der 8300 km² große Titicacasee in 3810 m Höhe gleich mehrere Superlative aufweist? Der Andensee ist größter Hochlandsee der Erde, größter See Südamerikas und höchstgelegener schiffbarer See.

Meerwasser: Eine salzige Mixtur

Wie viel Salz ist im Meer?

Der mittlere Salzgehalt von Meerwasser beträgt 3,47 % – das sind 34,7 g Salz in jedem Kilogramm Wasser. Etwa 78 % entfallen allein auf die Verbindung Natriumchlorid (NaCl), also reines Kochsalz.

In verschiedenen Meeresgebieten weicht der Salzgehalt vom Durchschnittswerts deutlich ab. Den statistischen Mittelwert zeigen großflächig nur der Südatlantik und der Südpazifik. Im Roten Meer steigt der Wert wegen der hohen Verdunstung auf 4,1 %, im Bottnischen Meerbusen der Ostsee liegt er bei 1 %, im Mündungsbereich großer Flüsse kann er auf fast 0 % zurückgehen.

Welche Gase sind im Meer gespeichert?

Zu den natürlichen Stoffbestandteilen gehören gewaltige Mengen gelöster Gase, neben Stickstoff (N2) vor allem Kohlendioxid (CO2) und Sauerstoff (O2). Sie wickeln den für das Leben auf der Erde wichtigen Gasaustausch zwischen Atmosphäre und Hydrosphäre ab.

Sauerstoff gelangt durch die Atmosphäre und durch die Photosynthese der Meerespflanzen in das Wasser und wird durch die Atmung sowie Zersetzungsprozesse wieder verbraucht. Oberflächenwasser ist mit Sauerstoff übersättigt, während es in der Tiefe zu einem Sauerstoffdefizit kommt.

Der Rolle des treibhauswirksamen Kohlendioxids widmet man gegenwärtig viel Aufmerksamkeit, denn die Ozeane spielen als Kohlendioxidspeicher eine wichtige Rolle im globalen Klimageschehen. Meerwasser enthält 45-mal soviel CO2 wie in der gesamten Atmosphäre vorkommt. Die riesige Zahl von Meeresorganismen benötigt das Gas, um Körpersubstanz aufzubauen.

Wo ist es am wärmsten?

Das wärmste Wasser wird an der Oberfläche des Meeres gemessen. In den Tropen werden bis zu 30 °C erreicht, in manchen Randmeeren, etwa im Roten Meer, oder an Küstengebieten sogar bis zu 40 °C.

In den gemäßigten Meeren liegen die Oberflächentemperaturen etwa zwischen 10–20 °C. Die warmen Oberflächenwasser der tropischen und gemäßigten Meere schwimmen als dünne Schicht auf den Meeren. In einer Tiefe von 200–1000 m fällt überall die Temperatur rapide ab – dies ist die sog. Sprungschicht oder Thermokline. Ab etwa 1000 m Tiefe herrschen fast konstante Temperaturen von etwa 0–5 °C. Durch die Sprungschicht ist das Wasser sehr stabil geschichtet, ein Austausch zwischen dem leichten, warmen Oberflächenwasser und dem schweren, kalten Tiefenwasser findet kaum statt.

Wo ist es am kältesten?

In den Polargebieten, denn hier liegt die Wassertemperatur der oberen Wasserschichten auch im Sommer stets unter 10 °C, im Winter meist zwischen –2 °C und 5 °C.

Die Oberflächentemperaturen unterscheiden sich kaum von denen des Tiefenwassers, und eine Thermokline bildet sich nicht aus. Ohne eine stabile Temperaturschichtung kann das Wasser auch bis in größere Tiefen umgewälzt werden, so dass die Oberflächenregionen stets mit mineralischen Nährstoffen aus der Tiefe versorgt werden.

Bei welcher Temperatur gefriert Meerwasser?

Während der Gefrierpunkt von Süßwasser bei 0 °C erreicht wird, gefriert Meerwasser mit einem mittleren Salzgehalt von 3,47 % erst bei –1,91 °C , bevor es seine maximale Dichte erreicht hat. Bei einem Salzgehalt von 2,47 % liegt der Gefrierpunkt bei –1,35 °C. Also: je höher der Salzgehalt, desto niedriger der Gefrierpunkt.

Sind Eisberge aus Süß- oder Salzwasser?

»Richtige« Eisberge schwimmen zwar im Meer, bestehen aber aus Süß- und nicht aus Salzwasser, da sie entweder vom antarktischen Schelfeis oder von arktischen Gletschern abgebrochen sind.

Doch kann sich Eis auch im Meer bilden. Bei Abkühlung der Meeresoberfläche sinkt das Oberflächenwasser ab, bevor es gefrieren kann und wird so lange durch aufsteigendes, wärmeres Tiefenwasser ersetzt, bis der Gefrierpunkt erreicht ist. Erst wenn die Wassertemperatur auch in größeren Tiefen unter den Gefrierpunkt absinkt, kann Meerwasser gefrieren. Beim Gefrieren wird nur reines Wasser zu Eis verfestigt. Daher erhöht sich in der Umgebung der Salzgehalt. Eis in den Ozeanen bildet sich fast ausschließlich in den Polargebieten oder in flachen Küstenmeeren der gemäßigten Breiten.

Wussten Sie, dass …

sich nahezu alle chemischen Elemente im Meerwasser nachweisen lassen, wenn teilweise auch nur in winzigen Mengen?

1000 m³ Meerwasser rd. 6 g reines Gold enthalten? Allein in der Nordsee beträgt der Goldvorrat etwa 220 000 t.

der salzige Geschmack des Meerwassers vom Kochsalz und der bittere von den Magnesiumsalzen herrührt?

eine rd. 60 cm dicke Salzschicht auf der Gesamtoberfläche der Erde zurückbleiben würde, wenn alles Wasser verdampfen würde?

Grundwasser: Ressource im Verborgenen

Wie kommt das Wasser in den Boden?

Ein kleiner Teil des Wassers, der als Niederschlag auf die Erde gelangt, versickert in den oberen Bodenschichten und bildet dort das Bodenwasser. Der größere Teil dringt jedoch als Sickerwasser durch die in der Erdkruste befindlichen Poren, Klüfte, Spalten und feinste Haarrisse in tiefere Schichten vor. Gestoppt wird er von wasserundurchlässigen Schichten wie etwa Ton. Darüber sammelt sich das Wasser an und füllt Hohlräume in Lockersedimenten oder Gesteinen. Solche Wasser führenden Gesteinsschichten werden Grundwasserleiter oder Aquifere genannt. Die obere Grenze des Grundwassers wird als Grundwasserspiegel bezeichnet.

Warum ist Grundwasser so wertvoll?

Gewöhnlich ist das unterirdische Wasser durch das natürliche Reinigungsvermögen der Gesteinsschichten von besserer Qualität als das, was an der Oberfläche fließt. Es können aber auch Schadstoffe durch das Niederschlags- und Sickerwasser in das Grundwasser gelangen. Vor allem in ländlichen Gebieten weisen oberflächennahe Grundwässer oftmals Belastungen mit Nitrat und Pestiziden auf und müssen vor Nutzung einer aufwändigen Aufbereitung unterzogen werden.

Was macht die Sahara zur »Insel«?

Unter der größten Wüste der Erde lagern große fossile Grundwasservorräte. Bewässerungsprojekte wie der »Große künstliche Fluss« in Libyen bedienen sich dieser Vorräte. Sie gelten aber inzwischen wegen der unabsehbaren Folgen als äußerst fragwürdig.

Fossiles Grundwasser gibt es auch im Mittleren Westen der USA: Hier erstreckt sich unter den Staaten Nebraska, Kansas, Colorado, Oklahoma, Texas und New Mexico ein riesiger Grundwasserspeicher, das Ogallala-Aquifer. Der aus Sand- und Kiesablagerungen bestehende Gesteinsschutt hat einst insgesamt 3450 km³ Grundwasser gespeichert. Zu Bewässerungszwecken hat man jedoch in etwa 50 Jahren bereits so viel Wasser entnommen, wie in 500 000 Jahren durch unterirdische Quellen nicht mehr nachfließen kann.

Wo entspringen die ergiebigsten Quellen?

Die ergiebigsten Quellen liegen in der Regel in Kalksteingebieten, wo manchmal unterirdische Flüsse austreten.

Quellen sind die natürlichen Über- und Ausläufe des Grundwassers. Die meisten Quellen entstehen dort, wo ein Grundwasserleiter an einer Hangfläche angeschnitten wird und das Wasser an die Oberfläche gelangt. Auch ein Geysir ist eine Quelle, eine sog. heiße Springquelle in vulkanisch noch aktiven Gebieten, die meist in bestimmten zeitlichen Abständen Wasser- und Dampffontänen ausstößt. Wird Grundwasser durch künstliche Eingriffe wie Bohrungen oder Grabungen erschlossen, spricht man von Brunnen.

Was ist ein artesischer Brunnen?

Dabei handelt es sich um eine künstlich geschaffene Quelle, bei der das Wasser infolge Überdrucks selbständig springbrunnenartig aufsteigt.

Voraussetzung für einen artesischen Brunnen ist, dass sich das Grundwasser zwischen zwei wasserundurchlässigen, muldenförmig gelagerten Schichten sammelt und an einer Stelle angebohrt wird, die tiefer als der Zufluss liegt. Artesische Brunnen wurden erstmals 1126 in der französischen Grafschaft Artois (lateinisch Artesium) angelegt und später danach benannt.

Übrigens: Artesische Wasservorkommen sind in Trockengebieten der Erde von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Das Große Artesische Becken in Australien, ein unterirdisches Wasserreservoir gigantischer Ausdehnung, liefert beispielsweise durch tausende solcher Brunnen das Wasser für Schaf- und Viehfarmen.

Gibt es Leben im Grundwasser?

Trotz der extremen, lebensfeindlichen Bedingungen haben sich eine Reihe von Organismen an das Leben im Grundwasser angepasst. Die meisten Lebewesen sind klein, lang gestreckt, kurzbeinig, farblos und blind. Sie haben besondere Tastorgane entwickelt, mit deren Hilfe sie die Schotterporen abtasten und Nahrungsstoffe orten.

Aufgrund des fehlenden Sonnenlichts können sich auch keine Pflanzen entwickeln. Das Grundwasser wird allenfalls von tief wurzelnden Pflanzen der Bodenoberfläche angezapft. Auch der Gehalt an organischen Stoffen ist im Grundwasser gering, weil der darüber liegende Boden den allergrößten Teil der organischen Stoffe festhält.

Was ist eigentlich ...

vadoses Wasser? Das in früheren Klimaperioden gebildete Grundwasser hat bereits am Wasserkreislauf teilgenommen. Man nennt es auch Infiltrationswasser.

juveniles Wasser? Das »jugendliche« Wasser stammt aus vulkanischen Vorgängen aus dem Erdinnern, hat aber noch nicht am atmosphärischen Wasserkreislauf teilgenommen.

fossiles Wasser? Es wurde vor Jahrtausenden in Feuchtperioden gebildet und in tiefen Schichten der Erde eingelagert. Es steht mit dem heutigen Wasserkreislauf nicht mehr in Verbindung und kann sich deshalb nicht erneuern.

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