Die Zukunft der Wasserressourcen - Wie entscheidend ist der ...• „expansion into great wild open“ • Autarkie in der Nutzung grünen Wassers zur Nahrungsmittelerzeugung kann

Hans-Eisenmann Akademie Weihenstephan 5.2.14

Die Zukunft der Wasserressourcen - Wie entscheidend ist der Klimawandel?

Wolfram Mauser Department für Geographie

Ludwig-Maximilians-Universität München


Die Globale Wasserkrise Historische Perspektive auf 2025

IMWI 1995


Die Erde ist der Wasserplanet

Ocean Salzwasser

96.5% Eisschilde

und Gletscher

1.77%

Grundwasser 1.7%

3.5%

Bodenwasser, Feuchtgebiete,

Permafrost, und

Flüsse 0.03%

0.03% Atmosphäre 0.001%


Der Wasserkreislauf ist dynamisch


Die Biosphäre folgt dem Regen


Das dritte Gleichgewicht der Erde

Ohne Leben besitzt die Erde wegen ihrer Wasservorkommens zwei stabile Zustände: 1. bei etwa -80 Grad Durchschnittstemperatur 2. bei etwa +320 Grad Durchschnittstemperatur Das Leben hat einen dritten Gleichgewichtszustand geschaffen: 3. bei etwa +15 Grad Durchschnittstemperatur

Gorshkov (2000)

atmosphärisches CO2 und H2O viel wenig


Die Schwankungen im 3. Gleichgewicht

Quelle: Petit et al., (1999) Nature 399

IPCC Projektionen

Jahr 2100 CO2 (450-1100) CH4 (1500-3700) heute->


Wasser ist Niederschlag

Zusammenfassung aus 20 globalen Klimamodellen gepunktet: mind. 80% der Modelle stimmen im Vorzeichen überein

IPCC Report 2007 – Änderung des Niederschlags 2080-2099 vs. 1980-1999


Wie nutzt die Erde das Wasser?

Das Konzept des grünen und blauen Wassers

• grünes Wasser: wird von der Vegetation verdunstet (Einmalnutzung) • blaues Wasser: fliesst in Flüssen und Seen (Mehrfachnutzung)

Blauer Wasserstrom in Flüssen/Seen

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3X

3

Grüner Wasserstrom in die Atmosphäre

nach Falkenmark (1999)


Wasser und die Menschen

Menschen leben dort, wo es Wasser gibt!

Niederschlag [mm/a] Bevölkerungsdichte [pro km²]


Bevölkerungswachstum

1. Wir werden mehr – Wachstum mit Grenzen?


Wie nutzt der Mensch das grüne Wasser? Landnutzungsänderungen USA


Ertragssteigerung im Getreideanbau

Resultat von Sortenwahl, Düngung und Pestiziden


Grünes Wasser und Landwirtschaft

Wasser und CO2 benutzen die gleichen Diffusionspfade

enge Beziehung zwischen grünem Wasserstrom und Kohlenstofffixierung

Nutzpflanze Transpirationskoeffizient (l/kg Trockenmasse)

Kartoffel 250 – 500

Zuckerrübe 350 – 450

Hafer 400 – 600

Mais 300 – 400

Weizen 250 – 550

Roggen 400 – 700


Green (2002)

Stickstoff als Treiber des Wasserkreislaufs

in Tg N pro Jahr, Kroeze(1998)

N2 FixationRice, Soybeans,

Alfalfa43

SyntheticFertilizer

78

Combustion ofFossil Fuels

21

Lightning<3

BiologicalN2 Fixation

90-130

N2 FixationRice, Soybeans,

Alfalfa43

SyntheticFertilizer

78

Combustion ofFossil Fuels

21

Lightning<3

BiologicalN2 Fixation

90-130


Wie nutzt der Mensch das Wasser?

Das Konzept des grünen und blauen Wassers

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3X

3

• grünes Wasser: der Mensch nutzt heute bereits 67% der Weltreserven


Wofür nutzen Menschen das Wasser?

Globaler durchschnittlicher Wasserverbrauch pro Tag:

Blaues Wasser: Trink-, Sanitär- und Industriewasser

Grünes Wasser: Nahrung 2400 kcal pflanzlich 600 kcal tierisch

1200 Liter pflanzlich

2300 Liter tierisch

Die globale Wasserknappheit steht in enger Beziehung zur Frage der Nutzung grünen Wassers für die Nahrungsmittelproduktion!!


Wieviel grünes Wasser steckt in unseren Grundnahrungsmitteln?

4,800 l => 1 kg 6,100 l => 1 kg

3,900 l => 1 kg

1,300 l => 1 kg 900 l => 1 kg

1,000 l => 1 l 3,400 l => 1 kg

Der Wasser (grün oder blau), das für die Produktion von Nahrungsmitteln gebraucht wird, wird als “virtuelles Wasser” bezeichnet

900 l => 1 kg

16 000 l => 1 kg


Virtuelles Wasser in Produkten

Produkt Gehalt an virtuellem Wasser [Liter]

1 Tomate (70g) 10

1 Kartoffel (100 g) 25

1 Glas Bier (250 ml) 75

1 Tasse Kaffee (125 ml) 140

1 Hamburger (150 g) 2400

1 Paar Schuhe 8000

1 iPhone / aufladen 16000 / 0.5

Land Getreide [l/kg]

Rind [l/kg]

USA 849 13193

China 690 12560

Indien 1654 16482

Russland 2375 21028

Indonesien - 14818

Australien 1588 17112

Brasilien 1616 16961

Japan 734 11019

Mexiko 1066 37762

Italien 2421 21167

Niederlande 619 11681

Global 1300 15500

Fazit: • Wenns nach dem virtuellen Wasser

geht ist ein Glass Bier allemal besser als eine Tasse Kaffee!

• Für den Gehalt an virtuellem Wasser ist es wichtig wo (und wie) Nahrung produziert wird!


Warum steigt der virtuelle grüne Wasserverbrauch?

Der Verbrauch an virtuellem Wasser ist eng verbunden mit Lebensstilen und Essgewohnheiten

Jahr

RestaurantsLänder

Anza

hl d

er M

cDon

alds

Res

taur

ants

wel

twei

t Anzahl der Länder mit M

cDonalds R

estaurants

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t Anzahl der Länder mit M

cDonalds R

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Land Verbrauch grünen Wassers

[m³/P/Jahr] USA 2400

Deutschland 1700

China 700

Indien 500


Wie stark sind wir heute vom Handel mit virtuellem Wasser abhängig?

Land Interner Grüner Wasser-Verbrauch

(109 m³/yr)

Externer Grüner Wasser-Verbrauch

(109 m³/yr)

Abhängigkeit vom Import grünen

Wassers %

Indonesien 242 28 10 Ägypten 56 13 19 Südafrika 31 9 22 Mexiko 98 42 30 Spanien 60 34 36 Deutschand 60 67 53 Japan 52 94 64 UK 22 51 70 Jordanien 1.7 4.6 73 Niederlande 4 16 82

Handel mit realen Produkten ist zugleich Handel mit virtuellem Wasser

Hoekstra (2009)


Was bringt die Zukunft?

Szenarien zukünftiger Entwicklung bis 2050: • Anwachsen der Erdbevölkerung auf ca. 9.5 Milliarden Menschen

• Anstieg des Erdtemperatur um 1.2 bis 5 Grad (IPCC).

• Auftauen von Permafrostböden in Kanada, Skandinavien und Sibirien, • Reduzierung der Niederschläge im Mittelmeerraum • Ausweitung der Wüsten um 50 000 km²/Jahr (~ Fläche Bayerns) • Moderate Veränderungen des Niederschlags in Mitteleuropa

• Anstieg des Lebensstandards v.a. in China und Indien mit

Erhöhung des Fleischkonsums in beiden Ländern


Zukunftsperspektive Wasser Verdopplung des Bedarfs!!

Zweck Grüne Wasserflüsse weltweit 2050 [km³/Jahr]

Nahrungsmittelversorgung heute 7 800 Auslöschung des Hungers 2 200 Nahrungsmittel für 3 Milliarden Menschen 3 900 Total 13 900

Woher nehmen?


Es gibt keinen goldenen Weg!

Niederschlag [mm/a] Bevölkerungsdichte [pro/km²]

Aber mehrere Optionen bis 2050: • Ausweitung der Agrarflächen zur Nutzung von mehr grünem Wasser:

wirkliche eine Option? weil fast alles schon genutzt wird!


Ausweitung der landwirtschaftlichen Flächen - Klimawandel

0.4 barely suitable

1.0very good

Globale Landeigung für Landwirtschaft: 1961-1990

worse

better

equal

Veränderung bei +4 Grad: 2071-2100 vs. 1961-1990

Globaler Durchschn: 1960-90: 0.51 2071-00: 0.53



1961-1990

Veränderung der landwirtschaftlichen Eignung bei einem Temperaturanstieg von 4 Grad bis zum Jahr 2100, Szenarion IPCC-SRES A1B



1961-1990 2070-2100

Veränderung der landwirtschaftlichen Eignung bei einem Temperaturanstieg von 4 Grad bis zum Jahr 2100, Szenarion IPCC-SRES A1B


Ausweitung der landwirtschatlichen Flächen - Klimawandel

Aber Flächenexpansionen durch Klimawandel Quelle: Ramakutty(2008)


Es gibt keine goldenen Weg!

Aber mehrere Optionen bis 2050: • Ausweitung der Bewässerung: möglich auf bis zu etwa 150 %

der heutigen Fläche (FAO, 2006) • Wasser effizienter nutzen:

– More crop per drop = Reduzierung der Wasserverluste in der Landwirtschaft durch verbesserte Produktionsweisen

– Verbesserte Wassernutzungseffizienz der Pflanzen durch Züchtung (genetisch oder konventionell)

– Water sparen durch den Handel mit virtuellem Wasser – Änderung der Lebensstile und Konsummuster


More Crop per Drop

Fazit: fast der gesamte Globus (speziell sub-Sahara Afrika and Zentralasien) kann die Wassernutzungseffizienz gewaltig steigern


More Crop per Drop

Gewaltige Potentiale für Effizienzsteigerung: • In SSH liegt der Maisertrag bei ca. 1 Tonne pro Hektar • In Europa liegt der durchschnittliche Maisertrag bei ca. 8 Tonnen pro Hektar • Die theoretische Grenze liegt wohl bei 20 Tonnen pro Hektar


More Crop per Drop

Mehr Ertrag - Mehr Effizienz! • je höher der Ertrag, desto weniger Wasser braucht man, um 1 Tonne Getreide

zu erzeugen! • Wasser sparen durch intensivere Landnutzung, Steigerung bis 6 t/ha scheint bei

Getreide sinnvoll!

Produktivität des grünen Wassers (kg/mm/ha) Produktionsniveau Europa

Globaler Durchschnitt

Getreide-Ertrag (t/ha)


Verbesserte Wassernutzungseffizienz durch CO2-Anstieg

Ener

gieu

mw

andl

ungs

-Effi

zien

z

Temperatur [oC]

heute

gestern

morgen

Resultat: Stomata schliessen sich und passen sich dem höheren CO2-Gehalt an

-> gleiche Photosyntheserate bei weniger Wasserverbrauch -> Bodenwasserspeicher ist später leer -> mehr Ertrag (10-25%)


Handel mit virtuellem Wasser spart reales Wasser

Bespiel Mexiko: • Mexiko importiert Getreide, Mais und Hirse aus den USA. Es braucht dort 7.1 Milliarde

m³ grünes Wasser pro Jahr, um zu wachsen, • wenn Mexiko die importierten Güter im Land produzieren würde, würde das dort 15.6

Milliarden m³ grünes Wasser pro Jahr benötigen • aus globaler Sicht hat der Handel virtuellen Wassers zwischen USA to Mexiko in Form

von Getreiden 8.5 Milliarden m³ grünes Wasser gespart!


Wo bleibt das Virtuelle Wasser? Beispiel Weizen

Wir wissen schon recht gut, wohin das virtuelle Wasser fließt. Die Kunden kommen allerdings in der Regel nicht für die Umweltschäden auf!

Quelle: Hoekstra (2012)


Wie entscheidend ist nun der Klimawandel?

• Die Zukunft der Wasserressourcen wird primär von der Nachfrage durch den Menschen und die Nachhaltigkeit ihrer Befriedigung bestimmt.

- und nicht durch den Klimawandel!!

• Klimawandel ist das Symptom und nicht die Ursache. Er verändert regional das Angebot an Wasser, aber wohl kaum das globale Angebot.

• Regionale Ungleichgewichte des Angebots als Folge des Klimawandels wären leicht durch Handel mit virtuellem Wasser ausgleichbar.

• Entscheidend für die Nachfrage ist die Entwicklung von Bevölkerungszahlen und Lebensstilen

• Zukünftiges Verhalten wie die Siedler: • „expansion into great wild open“ • Autarkie in der Nutzung grünen Wassers zur Nahrungsmittelerzeugung

kann Wasserknappheit nicht lösen.

• ökologische Effizienzsteigerung bei der Nutzung ist die einzige Lösung!!


Wassernutzung in einer globalisierten Welt

effizient, nachhaltig und gerecht! Wir brauchen globale institutionelle Übereinkommen um: • die Landwirtschaft weltweit darin zu unterstützen, grünes Wasser effizienter zu

nutzen, • uns auf auf den maximale zulässgen nachhaltigen Wasserverbrauch pro

Person zu einigen, • uns auf eine globale Preispolitik für Wasser zu einigen. Sie muß die vollen

Kosten für die Wassernutzung abdecken (Investitionen, Betrieb, Wartung, Wasserknappheitsaufschläge, Kosten für Umweltschäden),

• die minimalen Wasser-Grundrechte für jeden Menschen umzusetzen: – Zugang zu sauberem Drinkwasser, – Minimaler Anteil an den grünen Weltwasserreserven für jeden Menschen,

• uns auf Regeln für einen globalen Handel mit virtuellem Wasser zu einigen!


Danke für die Aufmerksamkeit!

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Die Zukunft der Wasserressourcen - Wie entscheidend ist der ...• „expansion into great wild open“ • Autarkie in der Nutzung grünen Wassers zur Nahrungsmittelerzeugung kann