Studie liefert neue globale Bilanzierung der Flüsse der Erde

Eine von NASA-Forschern durchgeführte Studie liefert neue Schätzungen darüber, wie viel Wasser durch die Flüsse der Erde fließt, mit welcher Geschwindigkeit es in den Ozean fließt und wie stark diese beiden Zahlen im Laufe der Zeit schwankten – wichtige Informationen für das Verständnis und die Bewältigung des Wasserkreislaufs des Planeten seine Süßwasservorräte.

Die Ergebnisse heben auch Regionen hervor, die durch starken Wasserverbrauch erschöpft sind, darunter das Colorado River-Becken in den Vereinigten Staaten, das Amazonas-Becken in Südamerika und das Orange River-Becken im südlichen Afrika.

Für die Studiedas kürzlich in veröffentlicht wurde NaturgeowissenschaftenForscher des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien verwendeten eine neuartige Methode, die Pegelmessungen mit Computermodellen von etwa drei Millionen Flussabschnitten auf der ganzen Welt kombiniert.

Die Wissenschaftler schätzen, dass das Gesamtwasservolumen der Flüsse der Erde im Zeitraum 1980 bis 2009 durchschnittlich 539 Kubikmeilen (2.246 Kubikkilometer) betrug. Das entspricht der Hälfte des Wassers des Michigansees und etwa 0,006 % des gesamten Süßwassers, was wiederum 2,5 % des globalen Volumens ausmacht. Obwohl sie nur einen geringen Anteil am gesamten Wasser des Planeten haben, waren Flüsse seit den frühesten Zivilisationen für den Menschen lebenswichtig.

Obwohl Forscher im Laufe der Jahre zahlreiche Schätzungen darüber vorgenommen haben, wie viel Wasser von Flüssen in den Ozean fließt, waren Schätzungen über das Volumen des Wassers, das Flüsse insgesamt speichern – bekannt als Speicherung – selten und unsicherer, sagte Cédric David, einer der Mitautoren vom JPL der Studie.

Er verglich die Situation mit Ausgaben von einem Girokonto, ohne den Saldo zu kennen. „Wir wissen nicht, wie viel Wasser auf dem Konto ist, und Bevölkerungswachstum und Klimawandel machen die Sache noch komplizierter“, sagte David.

„Wir können viele Dinge tun, um die Wassernutzung zu steuern und sicherzustellen, dass genug Wasser für alle da ist, aber die erste Frage ist: Wie viel Wasser gibt es? Das ist für alles andere von grundlegender Bedeutung.“

Die Schätzungen in der Arbeit könnten schließlich mit Daten des internationalen Satelliten Surface Water and Ocean Topography (SWOT) verglichen werden, um die Messungen menschlicher Auswirkungen auf den Wasserkreislauf der Erde zu verbessern. SWOT wurde im Dezember 2022 gestartet und kartiert die Wasserhöhe rund um den Globus. Änderungen der Flusshöhe bieten eine Möglichkeit, Speicherung und Abfluss zu quantifizieren.

„Fingerabdrücke“ des Wasserverbrauchs

Die Studie ergab, dass das Amazonasbecken die Region mit der größten Flussspeicherung ist und etwa 204 Kubikmeilen (850 Kubikkilometer) Wasser enthält – etwa 38 % der weltweiten Schätzung. Dasselbe Becken leitet auch das meiste Wasser in den Ozean ab: 1.629 Kubikmeilen (6.789 Kubikkilometer) pro Jahr. Das sind 18 % der weltweiten Einleitung in die Ozeane, die von 1980 bis 2009 durchschnittlich 8.975 Kubikmeilen (37.411 Kubikkilometer) pro Jahr betrug.

Obwohl es für einen Fluss nicht möglich ist, einen negativen Abfluss zu haben – der Ansatz der Studie lässt keine Aufwärtsströmung zu – ist es aus buchhalterischen Gründen möglich, dass aus manchen Flussabschnitten weniger Wasser austritt als hineingeflossen ist. Das sagen die Forscher gefunden für Teile der Einzugsgebiete der Flüsse Colorado, Amazonas und Orange sowie des Murray-Darling-Beckens im Südosten Australiens. Diese negativen Ströme deuten meist auf eine intensive menschliche Wassernutzung hin.

„Das sind Orte, an denen wir Fingerabdrücke des Wassermanagements sehen“, sagte Hauptautorin Elyssa Collins, die die Analyse als JPL-Praktikantin und Doktorandin an der North Carolina State University in Raleigh durchführte.

Eine neue Methode zur Quantifizierung von Flüssen

Jahrzehntelang waren die meisten Schätzungen des gesamten Flusswassers der Erde Verfeinerungen einer Zahl der Vereinten Nationen aus dem Jahr 1974, und keine Studie hat gezeigt, wie sich die Menge im Laufe der Zeit verändert hat. Bessere Schätzungen seien schwer zu erhalten, sagte David, da es an Beobachtungen der Flüsse auf der Welt mangele, insbesondere derjenigen, die weit entfernt von der menschlichen Bevölkerung liegen.

Ein weiteres Problem bestand darin, dass es viel mehr Pegelmesser gibt, die den Pegel und die Strömung großer Flüsse überwachen, als dies bei kleinen Flüssen der Fall ist. Es besteht auch große Unsicherheit bei den Schätzungen des Landabflusses – des Regenwassers und der Schneeschmelze, die in Flüsse fließen.

Die neue Studie ging von der Annahme aus, dass der in und durch ein Flusssystem fließende Abfluss in etwa der Menge entsprechen sollte, die Pegel flussabwärts messen. Wo die Forscher Inkonsistenzen zwischen dem simulierten Abfluss von drei Landoberflächenmodellen und Pegelmessungen an etwa 1.000 Standorten fanden, verwendeten sie die Pegelmessungen, um die simulierten Abflusszahlen zu korrigieren.

Anschließend modellierten sie den Abfluss durch Flüsse auf einer hochauflösenden globalen Karte, die anhand von Landhöhendaten und Bildern aus dem Weltraum, unter anderem von der Shuttle Radar Topography Mission der NASA, erstellt wurde. Dieser Ansatz ergab Abflussraten, die zur Schätzung der durchschnittlichen und monatlichen Speicherung für einzelne Flüsse und die Flüsse des Planeten insgesamt verwendet wurden.

Die Verwendung einer konsistenten Methodik ermöglicht Vergleiche des Flusses und des menschlichen Abflusses zwischen verschiedenen Regionen.

„Auf diese Weise können wir sehen, wo auf der Welt die meisten Flusswassermengen gespeichert sind oder wo die meisten Wassermengen aus Flüssen in die Ozeane entleert werden“, sagte Collins, jetzt Postdoktorand an der University of North Carolina in Chapel Hügel.