Schwerpunktthema März 2011

Wasser und Globaler Wandel

von Prof. Dietrich Borchardt, UFZ

Wasser in ausreichender Menge und Qualität sicher zur Verfügung zu stellen, ist für den Menschen und die natürlichen Ökosysteme eine überlebenswichtige Frage. Obwohl Wasser weltweit betrachtet scheinbar im Überfluss vorhanden ist (mehr als 70 Prozent der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt), so ist nur ein sehr kleiner Teil davon als Trinkwasser direkt nutzbar (etwa 0,3 Prozent). Zudem ist das Wasser weltweit nicht gleich verteilt und es entstehen hohe Nutzungsdynamiken als Trinkwasser, als Brauchwasser für die Industrie, zur Energieproduktion oder für die Pflanzenproduktion in der Landwirtschaft - teilweise in Regionen, in denen das Wasser schon von Natur aus knapp ist. Globale Wassernutzungen hängen dabei entweder direkt mit dem Bevölkerungswachstum zusammen (im Jahr 2050 wird mit einer Weltbevölkerung von etwa neun Milliarden Menschen mit entsprechendem Trinkwasserbedarf gerechnet) oder sie entstehen aufgrund wachsender Nahrungsmittel- und Konsumgüterproduktion, dem Energiebedarf oder anderen Ressourcennutzungen.

Bewässerung in der Wüste - Naher Osten

Experten rechnen im Jahr 2050 mit einer Weltbevölkerung von neun Milliarden Menschen. Um die Menschen ausreichend mit Nahrungsmitteln zu versorgen, müssen einerseits bestehende landwirtschaftliche Flächen intensiver genutzt bzw. andererseits neue Flächen für die Landwirtschaft erschlossen werden, beispielsweise auch in trockenen Gebieten durch Bewässerung.
Foto: André Künzelmann/UFZ

Alle diese Entwicklungen finden vor dem Hintergrund des sich weltweit manifestierenden Klimawandels statt. Es wird erwartet, dass sich durch die damit zusammenhängenden Temperatur- und Niederschlagsverschiebungen das Wasserdargebot an Oberflächen- und Grundwasser in vielen Weltregionen direkt oder indirekt erheblich verändern wird - und zwar in unterschiedliche Richtungen. Um den zukünftigen Herausforderungen durch einen sich entweder schnell ändernden Bedarf oder ein sich änderndes Wasserdargebot gewachsen zu sein, müssen integrierte Ansätze für die nachhaltige Nutzung und Bewirtschaftung von Wasserressourcen in Regionen entwickelt und umgesetzt werden. Der Schlüssel liegt in sektorübergreifenden Anpassungsstrategien, flexiblen Infrastrukturen und einer wesentlich höheren Ressourceneffizienz aller Wassernutzungen.

Globaler Wandel

Unter globalem Wandel versteht man verschiedene Veränderungsprozesse, die weltweite Bedeutung oder Ausdehnung haben. Die wichtigsten das Wasser betreffenden Wandelprozesse sind das Bevölkerungswachstum und die demografischen Entwicklungen, der Klima- und der Landnutzungswandel.

Bevölkerungswachstum

Mann trinkt Trinwasser aus Hydranten in Santiago de Chile

Der Trinkwasserbedarf im Vergleich einzelner Regionen unterscheidet sich erheblich. Beträgt er für ländliche Räume in Entwicklungsländern 20 bis 30 Liter pro Einwohner und Tag, so liegt er bei manchen Industrieländer abei 300 Litern pro Einwohner und Tag (USA). Durch die starke Urbanisierung wird für die Entwicklungsländer ein ähnlich hoher Trinkwasserbedarf pro Einwohner erwartet wie er heute schon in entwickelten Regionen zu beobachten ist.
Foto: André Künzelmann/UFZ

Olivenbaum im Mediterranen Raum

Olivenbaum auf Feld. Im Mittelmeerraum trifft starkes Bevölkerungswachstum oder auch wirtschaftliche Dynamiken auf knappes Wasser. Daher gehen Prognosen von einer Verschärfung der Wasserkonflikte in dieser Region aus.
Foto: © Özgür Donmaz

Das Bevölkerungswachstum bzw. die demografischen Veränderungen hängen dabei eng mit Wasser-, Nahrungsmittel-, Rohstoff- und Energiebedarf zusammen. Es wird in den nächsten Jahrzehnten bis 2050 eine weitere Zunahme der Weltbevölkerung von heute 6,9 Milliarden auf rund neun Milliarden Menschen erwartet. Damit verbunden ist zunächst eine unmittelbare Zunahme des direkten Trinkwasserbedarfs. Dieser ist heutzutage weltweit sehr unterschiedlich und beträgt weniger als 20 bis 30 Liter pro Einwohner (l/E) und Tag in den ländlichen Regionen von Entwicklungsländern bis hin zu mehr als 300 l/E und Tag in hoch entwickelten Regionen wie beispielsweise in den USA. In Deutschland liegt der aktuelle durchschnittliche Trinkwasserverbrauch bei rund 120 l/E und Tag und ist den letzten 20 Jahren von vormals über 140 l/E und Tag deutlich zurückgegangen. Zukünftig wird immer mehr Wasser für die schnell wachsenden urbanen Räume in vielen Regionen der Welt zur Verfügung gestellt werden müssen. Der demografische Wandel - Bevölkerungswachstum in Entwicklungsländern, Bevölkerungsschwund und ein wachsender Anteil älterer Menschen in europäischen Städten - wird auch die Abwasserentsorgung vor neue Aufgaben stellen, denn auch hier werden sich Mengen, Inhaltsstoffe und Rahmenbedingungen in ganz unterschiedlichem Maße verändern. Nach einigen Statistiken leben seit 2007 erstmals in der Geschichte weltweit mehr Menschen in Städten als in ländlichen Regionen, und es wird erwartet, dass sich dieser Trend weltweit fortsetzen wird.

Mit dem Bevölkerungswachstum ist eine weitere Inanspruchnahme von Wasserressourcen verbunden, insbesondere durch die Nahrungsmittelproduktion, den Energiebedarf und die industrielle Produktion von Konsumgütern. Dabei kann die Landwirtschaft insgesamt als "Wassernutzer Nr. 1" gelten, denn zum einen ist das Pflanzenwachstum direkt wasserabhängig und zum anderen beansprucht die Bewässerungslandwirtschaft den regionalen Wasserhaushalt in erheblichem Maße. Für die Produktion von einem Kilogramm pflanzlichem Protein werden nach Zahlen der FAO zirka zwei bis drei Kubikmeter (also 2.000 bis 3.000 Liter) Wasser benötigt. Demnach spielt die landwirtschaftliche Wassernachfrage eine viel erheblichere Rolle als die Trinkwassernachfrage.

In noch stärkerem Maß wird Wasser aber bei der Produktion von tierischem Eiweiß beansprucht (etwa 15 Kubikmeter Wasser pro Kilogramm Produkt bei der Rinderproduktion). Die Zusammenhänge zwischen dem Bevölkerungswachstum und dem Wasserbedarf hängen deshalb auch mit der Veränderung von Lebensstilen, den Ernährungsgewohnheiten und dem Energiebedarf zusammen. Weltweit gibt es beispielsweise eine enge Korrelation zwischen dem Bruttosozialprodukt und dem Fleischkonsum: Die Ernährungsweise in den entwickelten Ländern ist aufgrund wachsender Fleischimporte mit großen Strömen von so genanntem virtuellem Wasser verbunden. Damit ist das Wasser gemeint, das zur Produktion und Weiterverarbeitung von Gütern und Lebensmitteln benötigt wird und versteckt (virtuell) in diesen Produkten enthalten ist. So führt beispielsweise der Export von landwirtschaftlichen Produkten (z.B. Obst und Gemüse, Energie- und Futterpflanzen) aus warmen, trockenen Regionen (z.B. Mittelmeerraum) in gemäßigte Klimaregionen (z.B. Mitteleuropa) zu einem "virtuellen Wasserhandel" aus wasserarmen in wasserreiche Gebiete und somit zu einer Verstärkung der natürlichen Ungleichgewichte. Der virtuelle Wasserbedarf wird beispielsweise für Deutschland auf rund 4.000 Liter pro Person und Tag geschätzt.

Landnutzungswandel

Rapsanbau

Rapsanbau zur Bioenergieproduktion. Der Anteil von Bioenergie an der Energieproduktion steigt - und damit nimmt der Verbrauch von landwirtschaftlichen Flächen und Wasser zu. Inzwischen entstehen schon heute in manchen Weltregionen Konkurrenzsituationen zwischen der Lebensmittel- und Energieproduktion.
Foto: André Künzelmann/UFZ

Der Energiebedarf wird wegen der Endlichkeit der fossilen Energieträger zukünftig in immer stärkerem Maße auch durch Bioenergie gedeckt werden müssen. Die Produktion von Bioenergiepflanzen erfordert entsprechende landwirtschaftliche Flächen und Wasser. Und schon heute kommt es in einzelnen Weltregionen zu Nutzungskonkurrenzen zwischen der Lebensmittel- und der Energieproduktion. Gleichzeitig sind bestimmte intensive Produktionsmethoden im Energiepflanzenanbau mit erhöhtem Dünger- und Pestizideinsatz verbunden, was wiederum zu einer weiteren Belastung der natürlichen Wasserressourcen führt.

Klimawandel

Es ist wissenschaftlich nachgewiesen, dass ein Klimawandel weltweit wirksam ist, sich aber im Hinblick auf die damit zusammenhängenden Temperatur- und Niederschlags-veränderungen regional sehr unterschiedlich manifestieren wird. Beispielsweise wird für Deutschland bzw. Mitteleuropa erwartet, dass es regional sowohl ein höheres als auch ein niedrigeres Wasserdargebot geben wird. So ändert sich die Sommer-/Winter-Verteilung, indem Extremereignisse wie Starkniederschläge und Dürreperioden insgesamt zunehmen.

Besonders gravierende Probleme werden dort entstehen, wo das Wasser bereits heute schon von Natur aus knapp ist, der Klimawandel zu weiteren Temperaturerhöhungen und Rückgängen der Niederschläge führt und das Bevölkerungs- oder industrielle Wachstum hoch sind. Beispiele für solche Regionen sind die Länder rund um das Mittelmeer, in Zentralasien oder Teile Indiens.

Der globale Rückgang der Biodiversität und der irreversible Verlust ökologischer Funktionen sind weitere Problemfelder, die eng mit dem Schutz der natürlichen Wasserökosysteme verknüpft sind (siehe auch UFZ-Experten "In Sachen Biodiversität", Kapitel Biodiversität und Wasser).

Global denken -regional handeln

Die zentrale Herausforderung besteht in der langfristigen Sicherung von Menge und Qualität vorhandener Wasserressourcen sowohl für den Menschen als auch für die natürlichen Ökosysteme, die wiederum Dienstleistungen für den Menschen bereitstellen. Und das unter sich teilweise schnell und großräumig ändernden Rahmenbedingungen wie Klimawandel, Bevölkerungswachstum, Änderung der Landnutzung und Industrialisierung. Wesentlich ist dabei, dass Wasserressourcen einerseits regional unterschiedlich verteilt sind, andererseits auch regional unterschiedlich stark genutzt werden. Zum Beispiel sind Grundwasserspeicher oder Flussgebiete, die zur Trinkwasserversorgung oder zur Bewässerung genutzt werden, immer räumlich begrenzt. Auch die Trinkwassernetze und Kanalisationen von Städten sind regional abgegrenzt. Es kommt also darauf an, dass unter den Randbedingungen globaler Wandelprozesse die regionalen Wassernutzungen in den verschiedenen Sektoren (Trinkwasser, Brauchwasser, Landwirtschaft, Energiegewinnung usw.) geordnet und aufeinander abgestimmt werden. In diesem Sinne hat das bekannte Motto "think global, act local" eine ganz konkrete Bedeutung. Es bedeutet auch, dass die Nutzungen mit der verfügbaren Menge, der Qualität und den ökologischen Funktionen der Oberflächen- und des Grundwassers in eine Balance gebracht, mit anderen Worten nachhaltig gesichert werden müssen.

Fließgewässer

Stand - und Fließgewässer sind "Hotspots" der Biodiversität. Es leben dort überproportional viele Arten und es gilt daher diese Lebensräume zu schützen und ihre natürlichen Funktionen zu erhalten.
Foto: André Künzelmann/UFZ

Es kommt hinzu, dass die Stand- und Fließgewässer "Hotspots" der Biodiversität sind und diese ebenfalls durch das Management der Wasserressourcen betroffen ist. Obwohl die Binnengewässer der Erde nicht einmal ein Zehntausendstel des Wasservolumens der Erde beinhalten und nur einen proportional sehr geringen Teil der Erdoberfläche bedecken, leben in ihnen 12 Prozent aller bekannten Arten. Zirka 41 Prozent der Fischarten und 25 Prozent aller Wirbeltierarten sind mehr oder minder direkt von Süßwasserökosystemen abhängig, wobei die Binnengewässer der Erde wiederum nur einen proportional sehr geringen Teil der Erdoberfläche bedecken. Die Oberflächengewässer und das Grundwasser haben außerdem eine Reihe von natürlichen Funktionen und erbringen ökologische Dienstleistungen, die für den Menschen von großer Bedeutung sind (z. B. Trinkwasser- und Energiebereitstellung, Transport- und Selbstreinigungskapazität, Nahrungsressourcen, ästhetische und kulturelle Werte) und die von keinem anderen Ökosystem oder Technologien erbracht werden können.

Lösungsansätze

Benötigt werden qualitativ hochwertige, sektorübergreifende Systemlösungen, da viele Treiber wie demografische Entwicklungen, Energiebedarf, Nahrungsmittelproduktion und Rohstoffgewinnung sich stark auf die Wasserwirtschaft auswirken. Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) trägt mit seinem Forschungsschwerpunkt "Wasser" , in dem mehr als 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der unterschiedlichsten Disziplinen arbeiten - Hydrogeologen , Limnologen, Biologen, Chemiker, Ökotoxikologen, Informatiker, Ingenieure, Umweltjouristen, Ökonomen und Soziologen - sowie zahlreichen nationalen und internationalen Kooperationspartnern zu diesen Systemlösungen bei. Konkret bedeutet dies:

  • Unsere wissenschaftlichen Methoden müssen in der Lage sein, zukünftige Entwicklungen globaler Wandelprozesse und deren Konsequenzen mit höherer Genauigkeit und Verlässlichkeit aufzuzeigen als dies bisher möglich ist.
  • Die Effizienz der Wassernutzungen muss in den einzelnen Nutzungsbereichen weiter und zum Teil erheblich gesteigert werden, insbesondere in der Landwirtschaft, aber auch beim Trinkwasser, in der Industrie, bei der Rohstoffgewinnung bzw. -verarbeitung sowie der Abwasserreinigung. Die Wassernutzungen müssen dabei die Gesichtspunkte von Ressourcenschonung, der Ressourcenwiedergewinnung bzw. -verwertung berücksichtigen.
  • Wasserinfrastrukturen müssen sehr viel flexibler gestaltet werden - vor allem in der Trinkwasserver- und Abwasserentsorgung -, um sich an demografische Entwicklungen und den Klimawandel anpassen zu können.
  • Wasserinfrastrukturen müssen so geplant und errichtet werden, dass der Betrieb und die Refinanzierung langfristig gesichert sind.
  • Die rechtlichen Instrumente für die einzelnen Wassernutzungen müssen besser aufeinander abgestimmt und insgesamt wirksamer angewendet werden.
  • Ökonomische Instrumente müssen sehr viel konsequenter eingesetzt werden (insbesondere Kostendeckungsprinzipien, Verursacherprinzipien), um eine Ressourcen schonende Wassernutzung zu fördern.
  • Wirksame Institutionen/Verwaltungen und aufgeklärte/verantwortungsbewusste Verbraucher spielen eine Schlüsselrolle für das Erreichen nachhaltiger Wassernutzungen und einen wirksamen Gewässerschutz.
  • Entsprechende Managementstrategien müssen kurzfristig bereit gestellt werden und sie sollten in Stufen umsetzbar sein.

In den kommenden Monaten wollen wir näher auf diese Lösungsansätze eingehen. Experten des UFZ in Sachen Wasser werden Ihnen mit Text- und Audiobeiträgen interessante und nicht immer offensichtliche Zusammenhänge zwischen Wasser und Städten, Boden, Extremwetterereignissen, Ernährung, Ökologie, Recht und Umweltpolitik oder Chemikalien vorstellen.

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Podcast zum Thema

UFZ-Experte zum Thema

Prof. Dr. Dietrich Borchardt/UFZ

Foto: André Künzelmann/UFZ

Prof. Dr. Dietrich Borchardt
Er leitet das Department "Aquatische Ökosystemanalyse und Management" am UFZ in Magdeburg und ist Inhaber des gleichnamigen Lehrstuhls an der TU Dresden. Seine Forschungsschwerpunkte sind ökologische Wirkungszu-sammenhänge in Gewässern, ökologische Modellierung und Integriertes Wasser-ressourcenmanagement (IWRM). Er ist Sprecher des Forschungsbereiches „Nachhaltiges Management von Wasseressourcen“ am UFZ.

dietrich.borchardt@ufz.de

Wasserforschung - Quo vadis?

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Prof. Dr. Georg Teutsch, Wissenschaftlicher Geschäftsführer des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung - UFZ, geht im Interview unter anderem auf den Stand der Wasserforschung in Deutschland ein und Initiativen diese zu stärken.

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