Wasserkreislauf Biologie

Der Wasserkreislauf im Ökosystem beschreibt den Transport von Wasser. Dabei zirkuliert es zwischen dem Festland und dem Meer. Heutzutage nimmt der Mensch auf vielfältige Weise Einfluss auf den Wasserkreislauf. Gerade in der Industriebranche können Unfälle mit Giftstoffen entstehen. Durch den Ablauf des Wasserkreislaufes können sich Giftstoffe in kurzer Zeit in der Umwelt verteilen.

Natürlicher Wasserkreislauf

Auf unserem Planeten gibt es viele Orte, an denen Wasser gespeichert werden kann. Seen, Gletscher, Flüsse und Ozeane bedecken den Erdboden mit einer Fläche aus Wasser. Die Sonne erwärmt das Wasser, indem ihre Lichtstrahlen auf die Gebiete fallen. Das hat zur Folge, dass ein Teil des Wassers an der Oberfläche verdunstet. Dadurch entsteht die sogenannte Luftfeuchtigkeit.

Durch Windbewegungen an der Erdoberfläche wird die feuchte Luft in Richtung des Festlandes geweht. Der Großteil der Verdunstung von Wasser findet nämlich in den offenen Ozeanen statt. Sobald feuchte Luft auf andere Luftschichten, die kälter sind, trifft, steigt diese nach oben. Dieses Geschehen wird dann als Warmfront bezeichnet. Je höher die Luft dabei hinaufsteigt, desto mehr kühlt sie sich ab.

Kalte Luft ist nicht in der Lage, viel Wasserdampf aufzunehmen. Als Folge kondensiert der Wasserdampf und es bilden sich Wolken. Ab einer gewissen Menge können die Wolken die kondensierten Tröpfchen nicht mehr halten und es fängt an zu regnen.

Fällt der Regen über dem Meer, schließt sich der Kreislauf direkt. Wenn der Regen über dem Festland fällt, versickert das Wasser zuerst im Grundwasser, und wird auf diesem Wege zurück in Flüsse, Seen oder Meere geleitet. Auch Pflanzen profitieren von dem gefallenen Regen, indem sie das Wasser über ihr Wurzelwerk aufnehmen.

So funktioniert der Wasserkreislauf weltweit. Zwar ist die vorhandene Wassermenge an verschiedenen Orten unterschiedlich, doch der grundlegende Prozess des Kreislaufs verändert sich nicht, egal ob in Deutschland oder anderen Orten der Welt. Das Besondere an diesem Kreislauf ist, dass kein Wasser verloren geht. Es wechselt lediglich seine Aggregatzustände zwischen gasförmig, fest und flüssig. Die treibende Kraft des Wasserkreislaufs ist dabei die Energie der Sonne.

Die Wasserhaushaltsgleichung

Mit der Wasserhaushaltsgleichung ist es möglich, die einzelnen Komponenten des Wasserhaushalts zu bestimmen. Es gibt verschiedene Unterteilungen, in welche man die einzelnen Variablen noch weiter untergliedern kann.

Verdunstung: Kann weiter unterteilt werden in Transpiration und Evaporation.

Abfluss: Kann unterteilt werden in Oberflächenabfluss, Zwischenabfluss und Grundwasserabfluss

Meistens reicht jedoch diese vereinfachte Gleichung aus:

$$\begin{gathered} \mathrm{Abfluss}+\mathrm{Verdunstung}=\mathrm{Eintrag}\left(\mathrm{Menge}\right)\mathrm{der}\mathrm{Niederschläge} \\ \mathrm{A}+\mathrm{V}=\mathrm{N} \end{gathered}$$

Die erweiterte Wasserhaushaltsgleichung ist komplexer und berücksichtigt weitere wichtige Faktoren:

$$\begin{gathered} \mathrm{Niederschlag}+\mathrm{Zufluss}=\mathrm{Verdunstung}+\mathrm{Abfluss}+\mathrm{Speicheränderung} \\ \mathrm{N}+{\mathrm{Q}}_{\mathrm{in}}=\mathrm{ET}+{\mathrm{Q}}_{\mathrm{out}}+∆\mathrm{S} \end{gathered}$$

Den Wasserspeicher zu berücksichtigen hat den Vorteil, dass auch berücksichtigt wird, dass das Wasser nicht dauerhaft in Bewegung sein muss. Boden, Grundwasserspeicher und auch Blattoberflächen können das Wasser zeitweise speichern und erst versetzt weiter fließen lassen.

Je nachdem, welchen Faktor du ausrechnen willst, musst du die Gleichung entsprechend umstellen. Ebenso haben Klima, Landnutzung und Vegetation Einfluss auf die Formel. In heißen Gebieten ist die Verdunstung stärker als in kühleren Landschaften. Das hat zur Folge, dass weniger Wasser, ohne vorher wieder zu verdunsten, für Grundwasser und Abflusswasser zur Verfügung bleiben.

Künstlicher Wasserkreislauf: Einfluss des Menschen

Der Mensch greift seit Jahrzehnten in das Ökosystem ein. Damit nimmt er auch Einfluss auf den natürlichen Wasserkreislauf. Im Gewässerbett verändern Schutzeinrichtungen gegen Überflutungen, Kraftwerke (Wasserkraftwerk) oder Stauanlagen den Durchfluss von Gewässern. Das verhindert auch die Sedimentation von Mineralien, welche gerade für Lebewesen lebensnotwendig sind.

Stauseen haben Einfluss auf die Grundwasseransammlung. Außerdem besteht an den künstlich angelegten Seen eine natürlich hohe Verdunstung, die an diesen Ortschaften normalerweise in diesem Ausmaß nicht zu finden wäre. Begradigungen von Flüssen und anderen Fließgewässern begünstigen eine schnellere Durchflussgeschwindigkeit.

Ebenso hat der Mensch auch direkten Einfluss auf den Wasserkreislauf, da er zur Versorgung, Wasser aus den Gewässern entnehmen muss. Das kann zur Folge haben, dass das Wasser seinem eigentlich angestammten Gebiet entzogen wird, und an anderer Stelle wieder eingelassen wird. Auch Urbanisierungsprozesse und die Oberflächenversiegelung verändern das Abflussverhalten von Wasser. An betonierten Flächen ist es Regenwasser nicht möglich, ins Grundwasser zu gelangen.