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SÜSSWASSER


Divemaster - epaper ⋅ Ausgabe 3/2021 vom 13.07.2021

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Ihemisch ist das kleinste Wasserteilchen, ein Wassermolekül, den Gesetzen des Atombaus folgend einfach aufgebaut. Es besteht in gewinkelter Anordnung aus zwei Wasserstoffteilchen und einem Sauerstoffteilchen dazwischen, formelmäßig kurz H 2

O. Die gewinkelte Form bei der Anordnung H-O-H ergibt intramolekular Ladungsschwerpunkte von negativer Ladung am Sauerstoff und positiver Ladung an den Wasserstoffen. An dieses, als polar bezeichnete Molekül können sich andere Wassermoleküle anlagern und je nach Temperatur temporäre – im flüssigen Zustand – oder dauerhafte Gitter im festen Zustand, dem Eis bilden. Der Schmelzpunkt des Wassers liegt unter Normalbedingungen bei Null Grad Celsius, der Siedepunkt bei 100 Grad Celsius.

Damit sind wir auch schon bei einer weiteren Besonderheit des Wassers. Es ist gleichzeitig in allen drei Aggregatzuständen auf unserem Planeten zu finden. In fester Form als Eis, ...

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... flüssig als Wasser und gasförmig als Luftfeuchtigkeit. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften ist über jedem festen oder flüssigen Wasserkörper auch immer gasförmiges Wasser, auch wenn wir es nicht sehen können. Es wird aber klar, wenn man ein nasses Handtuch an einem eiskalten Wintertag zum Trocknen aufhängt. Erst gefriert das Wasser, das Handtuch wir starr und nach einiger Zeit ist das Eis verschwunden und das Handtuch ist trocken. Das Wasser ist nicht verschwunden, sondern seine Moleküle sind in den umgebenden Luftraum sublimiert. Alles Wasser dieser Erde bildet die Hydrosphäre, die in Wechselwirkung zur Atmosphäre und zur Lithosphäre steht.

Doch Wasser hat neben physikalischen auch chemische Besonderheiten. Es ist Lösungsmittel für polare Stoffe, wie zum Beispiel Salze. Was das Meerwasser vom Süßwasser unterscheidet, weiß jeder: Meerwasser ist salzig! Es ist aber auch Reaktionspartner bei vielen chemischen Reaktionen in der Natur und natürlich auch im Stoffwechsel des Lebens.

Abbildungen rechts: Jahreszyklische Abläufe in einem See. Beginnend mit der frühjährlichen Zirkulation über die sommerliche Stagnation zur Zirkulation im Herbst und erneuten Stagnation im Winter. Dichteunterschiede des Wassers und Winddruck sind die Hauptursachen.

FRÜHJAHR

SOMMER

WINTER

AM ANFANG WAR...

... eine lebensfeindliche Atmosphäre -nicht die erste Wasserstoffatmosphäre ist gemeint, sondern die danach folgende, als die Erde schon abzukühlen begonnen hatte und den Kondensationspunkt des Wassers von 100

Grad Celsius unterschritten hatte. Methan, Kohlenstoffoxide, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Blausäuredämpfe und Wasserdämpfe sollen diese zweite Atmosphäre gebildet haben. Gut 100.000 Jahre monsunartiger Dauerregen füllte vor circa 4,2 Milliarden Jahren die tiefen Furchen der erkaltenden Urerde. Aus der Atmosphäre wurden die wasserlöslichen Bestandteile herausgewaschen, aus den Böden die wasserlöslichen Salze herausgelöst. Der glückliche Umstand, dass die abkühlende Kruste leichte Kontinentalschollen aus Granit auf dem schweren Basaltgestein auflagern konnte, schuf die erforderlichen tiefen Ozeanischen Becken in denen sich das kondensierte Wasser mit seinen darin gelösten Stoffen sammeln konnte. Urozean oder besser Ursuppe nennen die Wissenschaftler das, was die weiten Flächen der Erde nun bedeckte und in der, wo auch immer - an den Ufern oder in den UV-geschützten Tiefen - das Leben begann. Sie werden sich über die relativ großen Schwankungen bei den Zeitangaben in den verschiedenen Publikationen wundern, bei denen eine halbe Milliarde Jahre Unterschiede keine Seltenheit sind, doch bei diesem kosmischen Zeitraster von fünf Milliarden Jahren sind das messtechnisch gerade einmal Abweichungen von plus-minus-fünf-Prozent und das für eine Zeit, für die wir kaum direkte Zeugnisse haben.

WOHER KOMMT DAS WASSER HER?

Ob viel oder wenig Wasser in der frühen Atmosphäre war, ist bis heute unbekannt.

Die meisten Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich schon bei der Entstehung unseres Planeten aus der Urwolke unseres Sonnensystems so viel kosmisches Eis in kilometerdicken Planetesimalen im Einzugsbereich der Erde angesammelt hatte, die ein langandauerndes Bombardement der Erde verursachten, als dessen Folge eine dichte Wasserdampfhülle die frühe Erde als ein Bestandteil eines atmosphärischen Gemisches umgab. Vieles von diesem Wasserdampf ist wieder in das All entwichen.

UV-Strahlung spaltete überdies das Wasser wieder in Wasserstoff und Sauerstoff, von denen der leichte Wasserstoff ins All entwich und der Sauerstoff über Oxidationsprozesse in Mineralien gebunden wurde. Fast eine halbe Milliarde Jahre soll so das Wasserpotenzial der Erde aus dem All gespeichert worden sein. Kometen, riesige schmutzige Eisbälle wie der Halley, der Hyakutake und Hale-Bopp galten als sichere Beweise für diese These, bis man herausfand, dass dieses Kometeneis doppelt so viel Deuterium (Isotop des Wasserstoffs mit einem zusätzlichen massereichen Neutron im Kern) enthält als das heutige Meerwasser. Da dieses „Deuterium“- Wasser schwerer ist als normales Wasser, hätte es sich aber im Verlaufe der Zeit in den Ozeanen anreichern müssen, da normales Wasser, weil spezifisch leichter, wieder ins All diffundiert wäre. Da das Verhältnis leichtes Wasser zu schwerem Wasser in Kometen und Ozeanen aber genau anders herum ist, ist die Frage nach der Herkunft des Wassers wieder offen. Die Erkenntnisse über den Deuterium-Anteil irdischen und kosmetischen Eises widerlegten auch die Hypothese, dass seit

Bestehen der Erde jede Minute etwa 20 Eiskometen von der Größe eines Einfamilienhauses in die Atmosphäre stürzen würden. Erkennbare Löcher in Satellitenaufnahmen hatten zu diesen Überlegungen geführt, die aber nicht weiter verifiziert werden konnten. Somit bleibt uns nur die Hoffnung über unseren Nachbarplaneten, den Mars, neuere Erkenntnisse über das Wasservorkommen auf der Erde zu gewinnen. Nahezu weitere zwei Milliarden Jahre der Evolution vergingen, bis über die Fotosynthese genügend freier Sauerstoff entstanden war und vor etwa zwei bis 1,5 Milliarden Jahren das Leben mit der Zellatmung neue Wege gehen konnte, die bis zum Menschen führten. Wasser wurde so zum idealen, polaren Lösungsmittel, zum Reaktionspartner, zum Stoffwechselprodukt und somit zur Grundlage des Lebens, zum Klimamotor und zum landschaftsgestaltenden Faktor. Besondere chemische Eigenschaften und vor allem die relativ nahe zusammenliegenden Grenztemperaturen zwischen den Aggregatzuständen von Null Grad Celsius (fest / flüssig) und 100 Grad Celsius (flüssig/ gasförmig) bilden hierfür die geeigneten Voraussetzungen. (divemaster 1/2000).

IN DER LUFT, AUF UND IN DER ERDE Wasser, das wir -in welchen Aggregatzuständen auch immer, ob als Eis, Schnee, Raureif, Hagel, Regen, Nebel, Tau, ob in Bächen, Flüssen, Tümpeln, Teichen oder Seen oder in den verschiedensten Meeren -sehen, ist uns sozusagen „einsichtig“. Wasser, das wir in Form hoher Luftfeuchtigkeit zwar nicht direkt sehen, bei hohen Werten aber spüren, entspricht zumindest noch unserer Erfahrungswelt. In mineralischen Kristallen gebundenes Wasser wie zum Beispiel bei Gipskristallen oder blauem Kupfersulfat, können uns die Chemiker zeigen. Wasser, eingelagert in die verschiedensten Tiefenbereiche, ja sogar im Eisenkern der Erde, ist nur noch für Geophysiker von Bedeutung. Wasser in großen, unbekannten unterirdischen Strömen und Seen, wie sie der bekannte Höhlenforscher Jochen Hasenmayer unter Oberschwaben nach seinen Blautopf- Untersuchungen vermutet, führen schon zum Streit unter den Fachwissenschaftlern. Jüngste Erkenntnisse zeigen aber, dass im Krustenbereich der Erde noch riesige Wassermassen sind, die Hunderttausende bis Millionen von Jahren brauchen, bis sie an die Erdoberfläche zurückgelangen. Dies zeigt uns, wie wenig wir tatsächlich über die wichtige Ressource Wasser wissen. Wie sorglos und unprofessionell wir bislang mit dem Wasser umgehen, zeigen die Verbrauchszahlen und die Verschmutzungsgradienten. Ob für Lithiumgewinnung zur Batterieherstellung, die Bewässerung von Avocadoplantagen, ob in den Industrie- oder Agrarländern, Eingriffe in die Wasserhaushalte der Regionen erfolgen ohne Rücksicht auf die Folgen, genauso wie das Abholzen der Wälder. Auch der steigende Flächenverbrauch, das Versiegeln der Böden für Häuser, Straßen und Parkplätze ist nahezu ungebremst. Jüngste Bestrebungen versuchen sogar, zugängige Wasservorräte Konzernen zur Ausbeutung zu überlassen. Wir müssen weltweit erreichen, dass dies alles durch ein ökologisch sinnvolleres Handeln ersetzt wird.

Da wir also über die wahren Wasserverhältnisse nahezu nichts wissen, beziehen wir uns auf die gegebenen prozentualen Angaben. Dass etwa 71Prozent der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind, lässt sich in grober Schätzung schon einer Weltkarte entnehmen. Dass nur 2,6 Prozent aller Wasservorräte Süßwasser sind, ist nicht mehr so leicht zu erfassen. Dass aber von diesen 2,6 Prozent nur ein Zehntel, also nur 3,6 Millionen Kubikkilometer weltweit als Trinkwasser nutzbar sind, scheint bei Betrachtung der zum Teil grenzenlosen Wasserverschwendung so wenig bekannt zu sein, dass die UNO schon 2003 ein „Jahr des Süßwassers“ ausrief.

Die Verteilung dieser Wasserreserven ist so unterschiedlich, dass es immer wieder Kriege um diese Ressourcen gab und Experten noch weitere Verteilungskämpfe fürchten, nicht immer mit Waffen sondern auch mit Kapital, denn 20 Prozent der Trinkwasserreserven sind bereits in Privatbesitz global agierender Konzerne. Wir im wasserverwöhnten Mitteleuropa können weit über 100 Liter Wasser pro Tag und Kopf verbrauchen, macht bei etwas mehr als 80 Millionen Menschen in Deutschland über drei Milliarden Kubikmeter oder drei Kubikkilometer Wasserverbrauch pro Jahr. In den USA sind es gar bis 240 Liter pro Einwohner.

Allerdings entsprechen diese Zahlen nur dem persönlichen Bedarf. Für Kühlwasser, Industriebedarf, Landwirtschaft und öffentliche Wasserversorgung kommen in der Bundesrepublik noch mal über 50 Kubikkilometer hinzu.

Beide Abb. r.o.: Umsetzung von Phosphat (P i) u nd darunter die Auswirkungen einer Überdüngung und Eutrophierung eines Gewässers. Beide Abb. r.u.: Umsatzwege von Karbonaten in einem See und darunter ein Ausschnitt des biozönotischen Netzwerkes.

Schon heute müssen deshalb Abwässer auch in Mitteleuropa mühsam wieder aufbereitet und zu Trinkwasserqualität zurückgeführt werden. Nebenbei, unbedingt nötig zum Leben sind in unseren Breiten zwei bis drei Liter Wasser pro Mensch am Tag.

VON DER QUELLE BIS ZUR MÜNDUNG

Quellfrisch heißt für uns im ersten Moment immer kalt, sauber und klar. Doch das Spektrum der Quellen reicht von solchen Gebirgsquellen unserer Erinnerung bis zu den heißen, rhythmisch pulsierenden Geysiren, von faulig riechenden Schwefelquellen bis zu bunt gefärbten Mineralquellen und radioaktiven Radonquellen. Viele dieser Quellen, die auch noch mit Kohlensäure angereichert sein können, nutzen wir zu Heilzwecken und haben daraus eine ganze Bäderkultur entwickelt. Andere Schüttungen, ohne giftige Schwermetall-Ionen, aber einem Anteil von gelösten Salzen wie Kalium-, Natrium-, Kalzium-, Magnesiumhydrogenkarbonaten und -karbonaten, -sulfaten, -chloriden, -fluoriden in wechselnder Zusammensetzung von mehr als ein Gramm pro Liter, nutzen wir millionenfach als Mineralwasser mit oder ohne Kohlensäureanteil. Sie brauchen nur auf das Etikett Ihrer Sprudelflasche zu schauen. Noch vor wenigen Jahrzehnten war das normale Leitungswasser, höchstens manchmal mit etwas Geschmackssirup oder Brausetabletten versetzt, das häusliche Hauptgetränk. Auf seinem langen Weg zum Meer dient uns das Wasser als Trinkwasser, das, je

divemaster wissen

weiter von der Quelle entfernt, umso belasteter und damit umso schwieriger aufzubereiten ist. Wir wussten Wasser immer für uns zu nutzen und wir wussten, dass wir sauberes Wasser wollten. Eine der ältesten Umweltbestimmungen aus dem mittelalterlichen Tübingen, dessen Plumpsklos direkt über dem Neckar lagen, bestimmte: „Es ist bei Strafe verboten, dass am Montag und Dienstag in den Neckar geschissen wird, alldieweil am Mittwoch gebrauet wird.“ Das Ziel war klar und eindeutig. Heute kämpft in ähnlichen Fällen im Auftrag von Anrainern ein Heer von Rechtsanwälten mit abenteuerlichen Argumenten, Definitionen und Interpretationen für die aberwitzigsten Ausnahmegenehmigungen.

Wir sollten angesichts der sich ändernden Klimaverhältnisse gerade von der derzeitigen Umweltministerin Svenja Schulze vorgestellte „Nationale Wasserstrategie“ zum Anlass nehmen, uns wieder des Zieles „sauberes und ausreichend Wasser“ zu besinnen, dass wir auch zukünftig Wasser vielseitig nutzen können. Das Gefälle der Bäche und Flüsse diente uns schon immer als Energiequelle für Mühlen, Sägewerke, Hammerschmieden und Wasserkraftwerke und viele andere Betriebsarten. Fische und Krebse waren uns willkommene Nahrung. Ein Bad im Sommer war uns Erfrischung. Wildbäche halfen bei der Holzabfuhr und die großen Ströme dienten als Wasserstraßen.

Doch immer dienten uns die Fließgewässer auch als Abfallrinnen und Kloaken; solange, bis es Mitte des letzten Jahrhunderts zum Himmel stank. Manche Flüsse waren derartig belastet, dass die Fische vergiftet wurden, ein Bad im Fluss zu Vergiftungen führte. Einige wenige mutige Politiker haben zusammen mit einsichtigen Bevölkerungskreisen das Ruder trotz horrender Kosten herumgerissen, so dass wir heute vielfach wieder sauberere Gewässer mit gesundenden Tier- und Pflanzenbeständen haben. Binnengewässer, in denen wir auch wieder baden können und in denen Tauchen zum Naturerlebnis wird.

IM EWIGEN KREISLAUF

Ein Teil des Regens verdunstet sofort wieder, ein Teil fließt direkt oberflächlich wieder ab, sammelt sich in Rinnsalen, Bächen, Flüssen und Strömen und gelangt so wieder in die Meere, wo der Kreislauf mit der Verdunstung erneut beginnt. Was wir all diesen Gewässern durch Abwässer, Kühlwässer, Verbauung der Auen, Begradigungen, Schleusenstufen, zu nahes Heranführen landwirtschaftlicher Flächen, aber auch durch zu intensive Freizeitnutzungen angetan haben und teilweise noch weiter antun, kann man täglich den Nachrichten entnehmen. Selbstverständlich gibt es auch natürliche Belastungen dieser Gewässer, wenn sie zum Beispiel eine lang anhaltende Sommerhitze die Wassertemperatur steigen und den Sauerstoffgehalt gefährlich sinken lässt. Oder wenn durch Regen eingeschwemmte Bodenpartikel die Gewässer trüben oder den pH-Wert verändern. Dies alles können natürliche Kreisläufe wieder bereinigen, die durch den Menschen verursachten zusätzlichen Massenbelastungen nicht mehr. Dies wird an einem eindrucksvollen Beispiel aus dem Grundwasserbereich deutlich. Der Hunger in Deutschland konnte in den Jahren nach dem Zweiten Weltkrieg nur durch den steigenden Einsatz von Kunstdüngern mit Nitraten und Ammoniumsalzen bekämpft werden. Heute, dreißig bis fünfzig Jahre nach diesem massiven Einsatz von Kunstdüngern kämpfen wir mit den steigenden Nitratgehalten im Grundwasser und in den damals meist überdüngten Flächen. Nitrate schädigen uns und andere Lebewesen über ihre Abbauprodukte, die Nitrite, denen leberschädigende und krebserregende Eigenschaften zugeschrieben werden. Kleine und große Kreisläufe greifen so über unterschiedliche Zeitdauern ineinander. Oft kommen versickernde Wässer erst nach Jahrtausenden über Brunnen und Quellen wieder ans Tageslicht, nach so langen Zeiten im wahrsten Sinne des Wortes quellfrisch.

QUANTITÄT UND QUALITÄT

Jahrhundertfluten in wenigen Jahren Abständen, Wassermassen lokaler Starkregenfälle, die heißesten Sommer seit Beginn der Wetteraufzeichnungen, mehrfache lokale Dürren und häufigere andauernde Moor- und Waldbrände: Deutlicher konnten die Menschen in Mitteleuropa die klimatische Zukunft nicht vor Augen geführt bekommen. Wenn Radiosprecher jeden auch noch so kleinen Regenschauer als „schlechtes Wetter“ bezeichnen, jedem Regentag das Prädikat „scheußlich“ verpassen und einen Frosttag im mobilen Autowahn als Kältekatastrophe darstellen, dann zeigt dies einmal mehr, wie wenig bewusst sich die meisten über das Glück sind, in einem recht gemäßigten Klima mit bislang meist ausreichenden Niederschlägen und erträglichen Temperaturen leben zu können. Doch wie wird die Zukunft sein? Wir als Taucher haben in den vergangenen Jahren schon weit mehr von den gewaltigen Veränderungen im Klima und deren direkten und indirekten Auswirkungen zu spüren bekommen: Verstärkt von Stürmen zerstörte Riffe seit den 80iger-Jahren zum Beispiel in der Karibik, Kapriolen des El Niño mit allen Auswirkungen bis hin zum Korallen sterben (divemaster # 1/99), dazu zeugen Neozoen und Neophyten selbst bei uns (divemaster # 2/01) vom begonnenen Klimawechsel. Die Eismassen der Pole werden immer geringer, die Gletscher verlieren Zusehens an Masse. Mit dem Klima verändert sich somit auch die Verteilung der Wassermassen in der Atmosphäre und damit natürlich auch die Verteilung des für uns verfügbaren Süßwassers. Wir werden es nicht nur bei uns in Europa spüren. In den kommenden Jahren werden immer mehr unserer Urlaubsziele und -Zeiten von diesen globalen Veränderungen betroffen sein.