Seeheim-Jugenheim 5.6.2008 Wie lange reicht die Ressource Wasser? Wolfram Mauser Lehrstuhl für Geographie und geographische Fernerkundung Dept. für Geographie

Seeheim-Jugenheim 5.6.2008

Wie lange reicht die Ressource Wasser?

Wolfram Mauser

Lehrstuhl für Geographie und geographische FernerkundungDept. für GeographieLMU München

VorsitzenderNationales Komitee für die Global Change Forschung

der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)


Einstieg

Was

serk

reis

lau

f

2025 sind zwei Drittel der Weltbevölkerung betroffen


Fakten, Thesen und Kernfragen

• Ist Wasser wertvoll? Welchen Preis hat es?

• Wasser ist eine Naturressource.

• Man sagt, Wasser wird knapp. Was bedeutet das? Wo? Warum?

• Wasser ist eine Schlüsselsubstanz und Voraussetzung für ein funktionierendes Erdsystem.

• Die Versorgung der Menschen mit sauberem Wasser ist eine kostenlose Dienstleistung des Erdsystems.

• Diese Dienstleistung wird zur Zeit von der Menschheit nicht nachhaltig genutzt.


Die Erde ist der Wasserplanet

OzeaneSalzwasser

96.5%Eisschilde

und Gletscher

1.77%

Grundwasser1.7%

3.5%

BodenwasserSümpfe,

Permafrost,und

Flüsse0.03%

0.03%Atmosphäre0.001%


Komponenten des Wasserkreislaufs


Der Wasserkreislauf ist ein dynamisches System

Wettergeschehen im Juni 1995


Vegetation und Wasserkreislauf interagieren dynamisch

0.01 0.05 0.2 0.5 1. 2. 3. 5. 10. 20. 50.Ocean: Chlorophyll a Concentration [mg/m³]

Maximum MinimumLand: Normalized Difference Vegetation Index






Wie stabil ist das Erdsystem?

Ohne Leben besitzt die Erde wegen ihrer Wasservorkommen zwei stabile Zustände:1. bei etwa -80 Grad Durchschnittstemperatur2. bei etwa +320 Grad DurchschnittstemperaturDas Leben hat einen dritten, empfindlichen Gleichgewichtszustand geschaffen:3. bei etwa +15 Grad Durchschnittstemperatur


Schwankungen im 3. Gleichgewicht

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

Was wissen wir?• haben zu tun mit komplexen Wechselwirkungen des

Wasserkreislaufs, der Vegetation und der Atmosphäre mit Veränderungen der Umlaufbahn der Erde um die Sonne.

• das Erdsystem reagiert darauf und verändert die Zusammensetzung der Spurengase der Atmosphäre.

• es entsteht ein komplexer Regelmechanismus, der die Kreisläufe auf der Erde (Wasser, Kohlenstoff, Stickstoff, etc.) offenbar in stabilen Bereichen hält.

IPCC Projektionen

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

heute• der Mensch greiftmassiv ein


Die Bedeutung des Wassers im Erdsystem

Wasser ist die Grundlage des Lebens:• Wasser löst alle Gase• bio-geo-chemische Vorgänge finden in wässrigem Milieu statt• Wasser ist Transportmittel für fast alle Substanzen• Lebewesen bestehen vorwiegend aus Wasser

Fazit: Alle Dienstleistungen des Lebenserhaltungssystems derErde sind wasserabhängig. Die Frage, wie belastbar das Lebenserhaltungssystem der Erde ist, ist eng verbunden mit der Belastbarkeit desWasserhaushalts.Alles hängt am Niederschlag!!

Wasser verrichtet wichtige Dienstleistungen im Lebenserhaltungssystem der Erde:

• Der Wasserkreislauf reguliert zusammen mit den Kohlenstoffkreilaufdie Erdtemperatur auf einem lebensfreundlichen Niveau

• Wasser löst mineralische Pflanzennährstoffe aus Gesteinen• Wasser verwittert Gestein zu Böden• Lebewesen bestehen vorwiegend aus Wasser

Erd

syst

em


Regionale Auswirkungen

Wasserreserven in Gletschern: Vernagt-Ferner in den Alpen

Erd

syst

em


Regionale Auswirkungen

Wasserreserven in Gletschern: Kilimandjaro

1973

2003

Erd

syst

em


Niederschlag verteilt sich nicht gleichmäßig

Die Menschen leben, wo esWasser gibt


Was passiert mit dem Niederschlag Das Konzept des blauen und grünen Wassers

Quelle: Falkenmark (2004)

Es existieren zwei völlig unterschiedliche Pfade des Niederschlags durchdas Erdsystem:• in Form von Abfluss durch aquatische Ökosysteme (blaues Wasser)• in Form von Transpiration durch die Vegetation (grünes Wasser)

Men

sch

un

d W

asse

rkre

isla

uf


Menschlicher Eingriff in die Flüsse

Nil vor und nach Bau des Aswan Damms (Bewässerung, Wasserkraft)

Jahreszeitenabfluß vor und nach Einrichtungdes Aswan-Damms

Burntwood River in Manitobe, Kanada durch Umleitung von Wasser aus dem Churchill-Einzugsgebiet (Wasserkraft)

Abfluß des Syr-Darya Flusses, der in den Aralsee mündet. (Bewässerung)

Beeinflussung des Wasserhaushalts durch Nutzung des blauen Wassers

Men

sch

un

d W

asse

rhau

shal

t


Wie nutzten Mensch und Natur den Niederschlag?

• offensichtlich nicht so gravierend für den blauen Wasserfluss (ca. 8%)

• Gravierende Nutzung des grünen Wasserkreislaufs durch den Menschen (Weidewirtschaft, Landwirtschaft, z.T. Wälder, ca. 50% des grünen Wassers)

• grünes Wasser stellt den überwiegenden Anteil des Wasserkreislaufs auf dem Festland


Wie verändert der Mensch die Nutzung des grünen Wassers?

1. Wir werden mehr – Wachstum mit Grenzen? 1. 7. 2007 6,600,411,051 1. 8. 2007 6,606,949,106 1. 9. 2007 6,613,487,1621.10. 2007 6,619,814,3131.11. 2007 6,626,352,3691.12. 2007 6,632,679,5201. 1. 2008 6,639,217,576 1. 2. 2008 6,645,755,632 1. 3. 2008 6,651,871,878 1. 4. 2008 6,658,409,934 1. 5. 2008 6,664,737,085 1. 6. 2008 6,671,275,141 1. 7. 2008 6,677,602,292

Gute Nachricht! Stabilisierung in Sicht

Men

sch

un

d W

asse

rhau

shal

t

Jedes Jahr ein Deutschland zusätzlich!



Landnutzung

Lan

dn

utz

un

g



Lan

dn

utz

un

g



Lan

dn

utz

un

g



Lan

dn

utz

un

g


Fazit:

• Landnutzungsänderungen finden zur Sicherung der Nahrungsmittelproduktion statt

• Sie bestehen fast ausschließlich in Entwaldung zugunsten von Ackerland

• Sie haben fast ausschließlich dazu geführt, dass der Fluss an grünem Wasser reduziert und der Fluss an blauem Wasser vergrößert wurde.

-> Reduzierung der Dienstleistungen des Lebenserhaltungssystems zugunsten der Nahrungsmittelproduktion


Lan

dn

utz

un

g


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


Menschen handeln anders als das ErdsystemStickstoff als Treiber des Wasserkreislaufs heute

• In der Natur herrscht Nährstoffmangel, der Mensch tut alles, um ihn zu beheben!• Der Mensch hat seit etwa 1980 die natürlich Stickstofffixierung übertroffen!!

• ca. 70% des globalen Stickstoffkreislauf wird z.Zt. vom Menschen bestimmt

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

Green (2002)


Ertragssteigerung im Getreideanbau


Virtueller Wassergehalt von 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 kg Weizenmehl 1300

1 Hamburger (150 g) 2400

1 Paar Schuhe 8000

Land Weizen

[l/kg]

Rindfleisch

[l/kg]

USA 849 13193

China 690 12560

India 1654 16482

Russia 2375 21028

Indonesia - 14818

Australia 1588 17112

Brazil 1616 16961

Japan 734 11019

Mexico 1066 37762

Italy 2421 21167

Netherlands 619 11681

Global Average 1300 15500

Bottom Line:• Wenns nach dem Wasser geht ist ein

Glas Bier besser als eine Tasse Kaffee!

• Es ist wichtig für den Gehalt an virtuellem Wasser eines Produktes, wo und wie es produziert wurde!


Wie nutzen die Menschen des Wasser?

Globaler durchschnittlicher Wasserverbrauch pro Tag:

Blaues Wasser:Trinken, Hygiene, Industrie

Grünes Wasser:Nahrung 2400 kcal vegetarisch 600 kcal Fleisch

1200 litervegetarisch

2300 literFleisch

Frage zum globalen grünen Wasserverbrauch stehen in engem Zusammenhang mit Fragen der Nahrungsmittelproduktion und Essgewohnheiten!!


Ernährung als Treiber des Wasserkreislaufs

Wasserverbrauch:• 500 Liter für 1 kg Brot, 20 Liter für einen Burger• bis zu 7000 Liter für 100 g Rindfleisch, 700 Liter für einen Burger

Wasserverbrauch wird zu einer Funktion der Ernährungswünsche und Lebensstile

Land Verbrauch von Grünem Wasser

[m³/p/Jahr]

USA 2400

Deutschland 1700

China 700

Indien 500


Abhängigkeit von Ländern von virtuellem Wasser

Land Interner Wasser- verbrauch

(109 m³/yr)

Externer Wasser- verbrauch

(109 m³/yr)

Wasser-Autarkie

%

Abhängigkeit vom Import virtuellen Wassers

%

Indonesien 242 24 90 10

Ägypten 56 13 81 19

Südafrika 31 9 78 22

Mexiko 98 42 70 30

Spanien 60 34 64 36

Deutschland 60 67 47 53

Japan 52 94 36 64

UK 22 51 30 70

Jordanien 1.7 4.6 27 73

Holland 4 16 18 82

Handel realer Güter heisst auch Handel mit virtuellem Wasser!


Was kommt auf uns zu?

Zweck Globaler Fluss von grünem Wasser 2050 [km³/Jahr]

Nahrungsmittelproduktion heute 7 800

Beseitigung des weltweiten Hungers 2 200

Nahrungsmittel für weitere 3 Milliarden Menschen 3 900

Summe 13 900

Wenn im Jahr 2050

• Jeder genug zu Essen und sauberes Wasser haben soll• und die Konsumgewohnheiten bei Nahrungsmitteln sich in den

industrialisierten Ländern nicht ändern• und die Art, wie wir Nahrungsmittel erzeugen sich nicht ändert

dann brauchen wir 6000 km³ mehr grünes Wasser pro Jahr

Woher nehmen?

Viel mehr grünes Wasser für viel mehr Menschen:


Keine Wunderlösung!

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

Aber mehrere Optionen für 2050:

• Ausweitung der landwirtschaftlichen Anbauflächen: keine wirkliche Option, fast alles Land ist bereits genutzt.


Land kann oft nur für einen Zweck genutzt werden!

• Wo liegt das Dilemma?

• 70 Mio. Mehr Menschen pro Jahr auf der Erde brauchen jedes Jahr 3 Mio. Hektar mehr Landwirtschaftsfläche. Bis 2050 sind das ungefähr 120 Mio. Hektar mehr. Das ist doppelt so viel, wie die gesamte Agrarfläche der EU.

Aber es geht noch weiter: • Jedes Auto braucht zwischen 0.07 Hektar (USA) und 0.02 Hektar

(Europa, Indien) zum Parken und zum Fahren.

• Eine Million neue Autos (z.B. in Indien) verwandeln 20 000 Hektar Land in versiegelte Flächen, verhindern damit 75 Mio m³ Verdunstung von grünem Wasser pro Jahr damit 50 000 Tonnen Weizen.

• Mit 50 000 Tonnen Weizen kann man ungefähr 250 000 Menschen ernähren.

• Hochgerechnet werden bis 2050 weitere 60 Mio. Hektar Land für Autos gebraucht, die gesamte Landwirtschaftsfläche der EU.


Was kommt auf uns zu?

Zu

kun

ft d

er R

esso

urc

e W

asse

r

Szenarien zukünftiger Entwicklung bis 2050:

• Anwachsen der Erdbevölkerung auf 9.5 Milliarden Menschen

• Mehr Autos

• Anstieg des Erdtemperatur um 1.2 bis 2.3 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 in China und Indien mit Erhöhung des Fleischkonsums in China und Indien


Future Perspectives

heißt:

• Die landwirtschaftliche Fläche für jeden Menschen auf der Erde nimmt stetig ab

• Bewässerte Flächen pro Person nimmt nicht zu


Keine Wunderlösung!

Aber mehrere Optionen für 2050:

• Ausweitung der Bewässerungsfläche: FAO sagt, das ist in moderatem Umfang in den nächsten Jahrzehnten möglich, Grenze liegt bei 150 % der heutigen Fläche

• Wassernutzungseffizienz steigern:

– Kofi Annan: “More crop per drop”

= Reduzierung von Verschwendung und Wasserverlusten in der Landwirtschaft durch besseres Wirtschaften

– Verbesserung der Wassernutzung der Pflanzen durch Züchtung (gentechnisch oder konventionell)

– Wasser sparen durch Handel mit virtuellem Wasser

– Veränderung der Lebensstile und Konsummuster


More Crop per Drop

Möglichkeiten für Effizienzsteigerungen sind riesig:• Der durchschnittliche Ertrag liegt weltweit bei ca. 1 Tonne Nahrungsmittel

pro Hektar.

• Der Ertrag in Europa liegt bei etwa 9 Tonnen pro Hektar

• Theoretisch sind unter optimalen Bedingungen 20 Tonnen pro Hektar möglich


Handel mit virtuellem Wasser spart grünes Wasser

Beispiel Mexiko:• Mexiko importiert Getreide, Mais und Hirse aus den USA. Dazu benötigen man in den

USA 7.1 Milliarden m³ grünen Wassers• Wenn Mexiko die importierten Nahrungsmittel selbst erzeugen würde, dann würde es

dazu 15.6 Milliarden m³ grünen Wassers benötigen• Der Handel von Nahrungsmitteln zwischen USA und Mexiko hat dem Planeten also

den Verbrauch von 8.5 Milliarden m³ grünen Wassers erspart!


Effiziente, nachhaltige und gerechte Wassernutzung in einer globalisierten Welt

Ein paar Gedanken:

• Der globale Wasserkreislauf würde zusammen brechen, wenn jeder Menschauf der Erde einen Wasser-Fußabdruck eines Europäers oder Amerikaners hätte (USA: 2400 m³/Jahr, China: 700 m³/Jahr)

• Der Handel mit virtuellem Wasser kann dazu beitragen, Wasserresssoucen in den Trockengebieten zu schützen (z.B. Jordanien, das 4x so viel virtuelles Wasser importiert, wie es auf seinem eigenen Staatsgebiet verbraucht)

• Allerdings: der Schutz der Naturressourcen erzeugt eine erhöhte Abhängigkeit von importierten Wasser (z.B. virtuelles Wasser für reales Öl im Sudan und im Tschad!)

• Die Abhängigkeit von importiertem virtuellem Wasser steigt in den Industrieländern durch wasserintensive Lebensstile (Deutschland importiert 53% des verbrauchten virtuellen Wassers)

• Dabei ist das eigentliche Problem für die Nachhaltigkeit: die Schäden bei der Nutzung von virtuellem Wasser zur Erzeugung von importierten Futtermitteln entstehen in Regionen, von denen wir keine Ahnung haben (Externalisierung).

• Der beste Schutz der regionalen Wasserressourcen in den Trockengebieten ist Import von Nahrungsmitteln und Export von Energie d.h. Intensivierung des Welthandels


Effiziente, nachhaltige und gerechte Wassernutzung in einer globalisierten Welt

Ein paar Notwendigkeiten:

Wir alle müssen uns auf ein paar wichtige Sachen verständigen:• Kleinbauern unterstützen um ihnen zu helfen, grünes Wasser

zu sparen,• Wieviel Wasserverbrauch steht einer Person auf der Erde zu? • Faire Wasserpreise: Wieviel soll der persönliche

Wasserverbrauch kosten. Der Preis sollte die vollen Kosten der Nutzung des Wasserkreislaufs beinhalten (Investitionen, Betrieb, Wartung, eine spezielle Abgabe, wo Wasser knapp ist, die Kosten der Schäden am Erdsystem durch Übernutzung der Wasserressurcen)

• Minimale Wasserrechte: – Zugang zu sauberem Drink- und Sanitärwasser– Für jeden Menschen einen minimalen Zugang zu grünem

Wasser, um die lebenswichtigen Nahrungsmittel zu produzieren


Wie lange reicht die Ressource Wasser?

Zwei mögliche Antworten:1. Ewig, Wasser gehorcht nämlich einem Kreislauf!

2. So lange, bis der Kreislauf nicht mehr funktioniert!

Solange Wasser als Naturressource in allen Gesellschaften einen zugeringen ökonomischen Wert besitzt, gibt es wenig Anreiz, den Kreislauf zuerhalten!

Ihm (dem Wasserkreislauf) den angemessenen Wert zu geben ist derSchlüssel zum nachhaltigen Umgang mit Wasser.

Ein intakter Wasserkreislauf und ein darauf aufbauendes funktionierendesLebenserhaltungssystem der Erde ist ökonomisch so „wertvoll“, wie z.B.• Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen Klimaanlage • Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen Sauerstoff-Maschine • Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen CO2-Fress-Maschine • Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen Denitrifizierungs-Maschine • ......


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Documents

Seeheim-Jugenheim 5.6.2008 Wie lange reicht die Ressource Wasser? Wolfram Mauser Lehrstuhl für Geographie und geographische Fernerkundung Dept. für Geographie