Globaler Wasserkreislauf – Pflanzen nutzen weniger Regen als bisher angenommen

Analyse schwerer und leichter Wasserstoffisotope lässt Schluss auf unterschiedliche Pfade der Niederschläge zu
Unita-Gebirge in Utah: Wasser verdunstet von der Oberfläche eines Sees, von Pflanzen oder gelangt über Pflanzenatmung indirekt in die Atmosphäre.
Unita-Gebirge in Utah: Wasser verdunstet von der Oberfläche eines Sees, von Pflanzen oder gelangt über Pflanzenatmung indirekt in die Atmosphäre.
© Stephen Good, University of Utah
Salt Lake City (USA) - Jedes Jahr fällt die enorme Menge von 115.000 Milliarden Kubikmetern Wasser auf die Landflächen der Erde. Über den Ozeanen geht nochmal die dreifache Menge als Niederschlag nieder. Amerikanische Forscher haben nun mit komplexen Simulationen den Kreislauf des Landregens ermittelt. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, nutzen Pflanzen für ihr Wachstum nur knapp die Hälfte des Niederschlags. Bisher gingen Schätzungen von über 65 Prozent aus. Die nun vorliegende Analyse des globalen Wasserkreislaufs gründet auf spezifische Verhältnisse leichter und schwerer Wasserstoffisotope zueinander. Aus den genaueren Daten lässt sich auf die Produktivität der Pflanzen und auf den Einfluss des Wassers auf das Erdklima schließen.

„Jeder Niederschlag über Land gelangt letztendlich in die Ozeane oder verdunstet in die Atmosphäre“, sagt Stephen Good von der University of Utah in Salt Lake City. Zusammen mit Kollegen der Oregon State University konnte der Geophysiker ermitteln, welche unterschiedlichen Wege das Wasser dabei einschlägt. So fließt etwa ein Viertel des Niederschlags direkt über Flüsse in die Weltmeere ab. Der größte Teil der restlichen Menge – knapp Zweidrittel – wird von den Pflanzen aufgenommen und verzögert an die Atmosphäre abgegeben. Ein Viertel verdunstet direkt von den Oberflächen der Blätter und nur ein Zehntel vom Boden und von den Wasserflächen der Seen und Flüsse.

Möglich wurde diese bisher genauste Studie über den kontinentalen Wasserkreislauf auf der Basis unterschiedlicher Verhältnisse schwerer und leichter Wasserstoffisotope (Deuterium/Wasserstoff) zueinander. Dieses Isotopenverhältnis variiert im Wasser je nach eingeschlagenem Weg im Wasserkreislauf. Von Pflanzen transpiriertes Wasser weist etwas höhere Deuterium-Anteile auf, aus Seen und Flüssen verdunstetes Wasser dagegen niedrigere. Mit diesem Wissen werteten Good und Kollegen nun Wasserdampfmessungen des Nasa-Satelliten Aura und Daten eines globalen Netzwerks von 500 Messstationen der internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) aus. Eingespeist in ein eigens entwickeltes Simulationsprogramm konnten die Forscher den Weg der globalen Niederschläge nachzeichnen.

„Die genaue Kenntnis des globalen Wasserkreislaufs ist der Schlüssel, um die Wechselwirkungen zwischen Klima und Ökosystem zu verstehen“, sagt Henry Gholz von der amerikanischen National Science Foundation, die diese Studie zusammen mit dem US-Verteidigungsministerium gefördert hatte. So weist der Wasserverbrauch der Pflanzen auf deren biologische Aktivität hin. Dieser Wert ist für die natürliche Aufnahme des Treibhausgases Kohlendioxid über die Photosynthese von großer Bedeutung und kann zu besseren Klimamodellen führen. Aber auch die Chancen für eine möglichst sichere Wasserversorgung der globalen Landwirtschaft ließen sich mit diesem Wissen besser abschätzen.

Die Wassermengen, die die Menschheit aus Brunnen und Trinkwassernetzen entnimmt, spielt bei diesen Abschätzungen nur eine geringe Rolle. Mit etwa 10.000 Milliarden Kubikmetern entspricht der Wasserverbrauch aller 7,3 Milliarden Menschen gerade mal knapp neun Prozent der Niederschläge über Land.

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