Das Wasser verschwindet

Veröffentlicht amAutorgh

Verdunstungsverlust von 1,42 Millionen globalen Seen erforscht

Eine neue Untersuchung zeigt, dass – zusätzlich zu Algenblüte und Sauerstoffmangel – die Süßgewässer der Erde mit größerer Geschwindigkeit als befüchtet verdunsten. Außerdem „spielt die Seeverdunstung eine größere Rolle im Wasserkreislauf als bisher angenommen“, so die Ökologin Gang Zhao, Ko-Autorin des Artikels „Evaporative water loss of 1.42 million global lakes“ (Verdunstungswasserverlust von 1,42 Millionen globalen Seen erforscht). Dieser Prozess hat  – kein Wunder – erheblichen Einfluss auf unsere Klima- und Wettermodellierung.

See im Brandenburgischen – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Etwa 87 % des frischen Oberflächenwassers in flüssiger Form ist in natürlichen und künstlichen (Stau-)Seen (Stauseen) gespeichert. Obwohl die Verdunstungsmenge aus diesen Seen weltweit beträchtlich ist, ist wenig über ihre räumliche Verteilung und ihren langfristigen Trend bekannt. Von 1985 bis 2018 haben Forscher herausgefunden, dass die Verdunstungsmenge der Seen im langfristigen Durchschnitt um 3,12 Kubikkilometer pro Jahr gestiegen ist. Zu den Trendzuschreibungen gehören eine um 58 % erhöhte Verdunstungsrate, eine um 23 % verringerte Eisbedeckung des Sees und eine um 19 % vergrößerte Seefläche. Die Ergebnisse der Studie unterstreichen, wie wichtig es ist, das Verdunstungsvolumen (und nicht die Verdunstungsrate) als primären Index für die Bewertung der Klimaauswirkungen auf Seesysteme zu verwenden.

Natürliche und künstliche Seen bedecken rund 5 Millionen Quadratkilometer der Erdoberfläche. Sie enthalten fast 90 Prozent des frischen flüssigen Oberflächenwassers unseres Planeten. Aber wärmere Temperaturen und erhöhte Sonneneinstrahlung aufgrund von Änderungen in der Wolkendecke haben den Himmel durstiger denn je gemacht. Größere Bereiche mit freiliegendem Wasser aufgrund einer Abnahme der Eisbedeckung haben dem Himmel auch einen besseren Zugang verschafft. Das trägt zu einem immer schnelleren Kreislauf des Wassers von seiner Ansammlung an Land bis zu seiner Ausbreitung in die Atmosphäre bei.

Die Verdunstungsverluste von (natürlichen und künstlichen) Seen auf der Erde sind eine entscheidende Komponente der terrestrischen Wasser- und Energiebilanz. Das Verdunstungsvolumen dieser Gewässer – von der räumlichen Verteilung bis hin zum langfristigen Trend – ist jedoch bisher unbekannt. Mithilfe von Satellitenbeobachtungen und Modellierungswerkzeugen haben wir hier die Verdunstungsmenge von 1,42 Millionen globalen Seen von 1985 bis 2018 quantifiziert. Wir stellen fest, dass die Verdunstung von Seen im langfristigen Durchschnitt bei 1500 ± 150 km3 /Jahr liegt und mit einer Rate von 3,12 km3/Jahr zugenommen hat. Zu den Trendzuschreibungen gehören eine steigende Verdunstungsrate (58 %), eine abnehmende Eisbedeckung der Seen (23 %) und eine steigende Seefläche (19 %). Künstliche Seen (d. h. Stauseen), die nur 5 % der globalen Seespeicherkapazität ausmachen, tragen 16 % zum Verdunstungsvolumen bei. Unsere Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, das Verdunstungsvolumen und nicht die Verdunstungsrate als primären Index für die Bewertung der Klimaauswirkungen auf Seesysteme zu verwenden.

Seen (natürliche und künstliche), die etwa 5 Millionen km2 der Landfläche der Erde bedecken, sind Schlüsselkomponenten globaler ökologischer und hydrologischer Systeme. Seen unterstützen die aquatische und terrestrische Artenvielfalt und sind eine wichtige Wasserressource für den Menschen. Aufgrund ihrer großen offenen Wasserflächen – und des starken Dampfdruckgefälles an der Grenzfläche zwischen Wasser und Atmosphäre – können Seen durch Verdunstung (d. h. latenten Wärmefluss) große Mengen an Wasser verlieren. Die Dynamik des Wasserverlusts durch Verdunstung in Seen hängt von der Wasserfläche und der Verdunstungsrate ab, die beide je nach geografischem Standort variieren und auf die Auswirkungen einer sich komplex verändernden Umwelt reagieren. So kann die Verdunstungsrate beispielsweise durch steigende Temperaturen und erhöhte Sonneneinstrahlung verändert werden, während die offene Wasserfläche durch eine schrumpfende Eisdecke zunehmen oder durch extreme Trockenheit abnehmen kann. Daher ist es für eine bessere Bewirtschaftung der aquatischen Ökosysteme und der Wasserressourcen von entscheidender Bedeutung, die räumlich-zeitlichen Veränderungen und die Ursachen des Wasserverlusts durch Verdunstung in Seen zu verstehen.

Aufgrund eines Mangels an zuverlässigen, global konsistenten und lokal anwendbaren Datensätzen wurde der Verdunstungswasserverlust jedoch bisher nicht auf globaler Ebene quantifiziert. In der Vergangenheit wurde die Genauigkeit von Schätzungen der offenen Wasserfläche und der Verdunstungsrate durch verschiedene Probleme beeinträchtigt, wie z. B. die Wolkenkontamination von Satellitenbildern, die Quantifizierung der Wärmespeicherung in Seen und die Modellierung der Eisdauer in Seen. Die vorhandenen globalen Studien konzentrierten sich zumeist auf Veränderungen der Verdunstungsrate (allein) und nicht auf das Gesamtverdunstungsvolumen. Ohne Berücksichtigung der Dynamik der Seefläche und der Gefrier-/Auftauzyklen des Seeeises kann die Verdunstungsrate allein jedoch nicht das Ausmaß des Wasserverlustes in den Seen wiedergeben. Diese Ansätze sind daher für die Bewertung der Wasser-/Energiebilanz eines Sees und die Bewirtschaftung der Wasserressourcen unzureichend. Mehrere lokale bis regionale Studien haben zuverlässigere Schätzungen geliefert, aber eine Extrapolation dieser Ergebnisse auf die ganze Welt ist aufgrund der großen räumlichen Heterogenität der Verdunstungsrate und der Wasserfläche ungeeignet. Folglich kann die Rolle der globalen Seen innerhalb der Klimasysteme nicht vollständig bewertet werden, da die Verdunstung der einzige Prozess ist, der den Energieaustausch und die Wasserkreisläufe miteinander verbindet.

Hier präsentieren wir den ersten globalen Datensatz zum Verdunstungsvolumen von Seen (GLEV), der die monatlichen Verdunstungswasserverluste von 1,42 Millionen Seen (?105 m2) von 1985 bis 2018 enthält. Diese Seen umfassen sowohl natürliche als auch künstliche Seen (im Folgenden als „Stauseen“ bezeichnet). Für jeden See und jeden Monat wurde das Verdunstungsvolumen (VE) als Funktion der Verdunstungsrate (Elake), der Seeoberfläche (As) und des Anteils der Eisdauer (fd,ice) berechnet. Insbesondere wurden die Veränderungen in der Wärmespeicherung von Seen – die aufgrund der Komplexität und der Schwierigkeiten bei ihrer Berücksichtigung üblicherweise übersehen wurden – quantifiziert, um die Genauigkeit der Schätzung der Verdunstungsrate zu verbessern. Die monatlichen Seeflächen wurden anhand eines Landsat-basierten globalen Oberflächenwasserdatensatzes rekonstruiert, und die monatlichen Anteile der Eisdauer wurden anhand von Lufttemperatur- und Frost-Tau-Verzögerungsdaten modelliert (siehe Methoden). Die offene Wasserfläche des Sees (Ao) – ohne die Eisdecke des Sees – wurde als Produkt aus der Seeoberfläche (As) und dem Anteil der offenen Wasserdauer berechnet. Um den langfristigen Trend der einzelnen Variablen zu bewerten, wurden die monatlichen Ergebnisse in den nachfolgenden Berechnungen auf Jahresbasis aggregiert.

->Quellen: