Hydrosphäre: Wasserkreislauf und Erdsystem

Die Hydrosphäre umfasst das gesamte Wasser der Erde. Dazu zählen flüssiges Wasser, festes Wasser als Eis und gasförmiges Wasser als Wasserdampf. Wasserdampf ist unsichtbar. Wasser in Meeren, Flüssen, Seen, im Untergrund und in Lebewesen gehört ebenso dazu wie Wasser in der Luft.

Erdsphären sind Bereiche des Erdsystems, die nach bestimmten Merkmalen unterschieden werden. Die Atmosphäre ist die Lufthülle der Erde. Die Lithosphäre ist ihre feste äußere Gesteinshülle. Die Biosphäre ist der von Lebewesen besiedelte Bereich der Erde.

Die Erdsphären überschneiden sich räumlich. Entscheidend ist, welchen Bestandteil du betrachtest: Wasser in einer Pflanze gehört zur Hydrosphäre, die Pflanze als Lebewesen zur Biosphäre. Wasser zwischen Gesteinen bleibt Teil der Hydrosphäre; das feste Gestein gehört zur Lithosphäre. Betrachtest du das Luftgemisch, ordnest du es der Atmosphäre zu. Sein Wasserdampf gehört zugleich zur Hydrosphäre.

Der Wasserkreislauf beschreibt, wo Wasser gespeichert ist und wie es zwischen diesen Speichern wechselt. Die Energie der Sonne ermöglicht Verdunstung: Flüssiges Wasser geht in gasförmigen Wasserdampf über. Auch Pflanzen geben Wasserdampf an die Luft ab.

Kühlt Wasserdampf ab, kann er zu kleinen flüssigen Tropfen werden. Dieser Vorgang heißt Kondensation. Wolken können aus solchen Tropfen bestehen. Als Niederschlag gelangt Wasser aus Wolken zur Erdoberfläche, zum Beispiel als Regen oder Schnee. Die Schwerkraft zieht Wasser nach unten und lässt es bergab fließen.

Ein möglicher Weg beginnt im Meer: Verdunstung → Kondensation → Niederschlag über Land → Oberflächenabfluss → Fluss → Meer. Oberflächenabfluss bedeutet, dass Wasser über die Landoberfläche fließt. Bei der Versickerung dringt Wasser dagegen in den Boden ein. Erreicht es den zusammenhängend mit Wasser gefüllten Bereich im Untergrund, trägt es zur Grundwasserneubildung bei. Grundwasser kann später in Flüsse oder ins Meer gelangen.

Es gibt keine Stationsfolge, die jedes Wasserteilchen vollständig durchlaufen muss. Schnee kann Wasser zunächst speichern und erst beim Schmelzen freigeben. Wasser kann auch aus einem See verdunsten oder nach der Versickerung länger im Untergrund bleiben.

Wetter ist der Zustand der Luft an einem Ort zu einer bestimmten Zeit. Klima beschreibt typische Wetterverhältnisse und ihre Schwankungen über viele Jahre. Klima und Wasserkreislauf hängen zusammen: Temperatur beeinflusst Verdunstung und Schneeschmelze. Die Verteilung des Niederschlags beeinflusst, wann Wasser in Böden und Flüsse gelangt. Ob Niederschlag als Schnee gespeichert wird oder als Regen fällt, verändert den zeitlichen Wasserweg.

Grundwasser ist unterirdisches Wasser, das die Poren und Spalten eines Bereichs zusammenhängend ausfüllt. Poren sind kleine Hohlräume im Boden oder Gestein. Versickerndes Wasser kann diesen Speicher ergänzen. Grundwasser fließt im Untergrund und kann an einer Quelle austreten oder unmittelbar in Flüsse und ins Meer gelangen. Wasser im Untergrund und Wasser an der Oberfläche sind deshalb miteinander verbunden.

Der Abfluss eines Flusses ist die Wassermenge, die in einer bestimmten Zeit an einer Stelle vorbeifließt. Das Flussregime, auch Abflussregime genannt, beschreibt hier die jahreszeitlichen Schwankungen dieses Abflusses. Niederschlag, Schneeschmelze und Zufluss aus dem Grundwasser beeinflussen diese Schwankungen. Eine veränderte Verteilung über die Monate bedeutet nicht zwangsläufig eine veränderte gesamte Jahresmenge. Aus dem Zeitpunkt des höchsten Abflusses allein lässt sich auch die Ursache einer Verschiebung nicht bestimmen. Die Abflussmenge beschreibt zudem etwas anderes als die Temperatur des Flusswassers.

Meeresströmungen bewegen Wasser innerhalb der Hydrosphäre und transportieren dabei Wärme. An der Meeresoberfläche ist Wind ein wichtiger Antrieb. In der Tiefe sind Unterschiede der Dichte wichtig. Dichte beschreibt, wie viel Masse in einem bestimmten Rauminhalt steckt. Temperatur und Salzgehalt beeinflussen die Dichte des Meerwassers: Abkühlung und zunehmender Salzgehalt können es dichter machen und absinken lassen. Die durch Temperatur- und Salzunterschiede angetriebene Wasserbewegung heißt thermohaline Zirkulation. Damit sind unterschiedliche Antriebe erklärt; nicht jede Strömung lässt sich auf einen einzigen Antrieb zurückführen.

Ein hydrologisches System ist ein betrachteter Zusammenhang aus Wasserspeichern und Wasserbewegungen. Dazu können ein Fluss, sein Grundwasserzufluss und ein See gehören. Menschliche Nutzung kann verändern, wo Wasser gespeichert wird und wie es weiterfließt.

Ein Stausee ist ein künstlicher See. Er entsteht, wenn ein Bauwerk wie eine Staumauer einen Fluss aufstaut: Die Mauer hält Wasser zurück, das sich dahinter sammelt. Das Wasser im Stausee ist Oberflächenwasser, also Wasser an der Erdoberfläche. Es wird durch das Aufstauen nicht zu Grundwasser.

Beim Bau eines Stausees entsteht an dieser Stelle ein zusätzlicher Wasserspeicher. Die Staumauer erzeugt dabei kein neues Wasser. Sie verändert dessen Speicherung. Menschen können das gespeicherte Wasser zum Beispiel für die Versorgung eines Ortes, für die Bewässerung von Feldern oder zur Stromerzeugung nutzen.

Aus dem Vorhandensein eines Stausees folgt keine bestimmte Abgabemenge. Die Abgabe ist die Wassermenge, die aus dem Speicher weitergeleitet wird. Wie viel Wasser zu einem bestimmten Zeitpunkt unterhalb der Mauer fließt, hängt unter anderem vom Zufluss und vom Betrieb des Stausees ab. Ohne diese Angaben lässt sich weder eine bestimmte Abgabemenge noch ein Austrocknen des Flusses unterhalb der Mauer ableiten.