Etwa 70% der Erdoberfläche ist mit Wasser bedeckt. Dieses Wasser verdunstet und kondensiert zu Wolken. Die Wolken verursachen Niederschlag und dieses Wasser fällt auf die Erdoberfläche zurück, um den Zyklus erneut zu starten.

Warum interessiert mich das? Der Wasserkreislauf ist nicht nur für das Wetter, sondern auch für das Leben auf der Erde entscheidend. Regen ist notwendig für das Überleben von Pflanzen und Menschen. Kondensation ist für die Wolkenbildung notwendig. Verdunstung ist notwendig, um ein gutes Gleichgewicht von Wasserdampf in der Luft zu kühlen und zu halten.

Abbildung A: Der Wasserkreislauf

Das Wasser auf der Erde ist jetzt dasselbe Wasser, das seit Anbeginn auf der Erde war. Der Regen, der auf uns fällt, ist dasselbe Wasser, das auf die Dinosaurier, König Tut und George Washington geregnet hat. Was macht diese großartige Leistung möglich? Wasserkreislauf. Der Wasserkreislauf ist der Prozess, der Wasser rezirkuliert, so dass wir Gewässer sowie Wolken und Niederschlag haben können.

Der erste Schritt des Wasserkreislaufs ist die Verdampfung. Etwa 85% des Wasserdampfes in der Luft stammt aus Wasser, das aus den Ozeanen verdunstet ist. Die anderen 15% stammen aus der Evapotranspiration, einem Sammelbegriff für Wasser, das über Land verdunstet. Dazu gehören Wasserdampf, der von Pflanzen während der Transpiration erzeugt wird, Wasser aus Seen, Bächen, Pfützen und Bodenfeuchtigkeit, direkte Verdunstung von Schnee und sogar Wasserdampf aus dem Atem von Tieren.

Der zweite Schritt des Wasserkreislaufs ist die Kondensation. Jetzt, da die Atmosphäre voller Wasserdampf ist, kondensiert dieser Wasserdampf zu Wassertropfen. Manchmal, wie am frühen Morgen, kondensiert der Wasserdampf als Tau auf dem Gras und sickert zurück in den Boden, um wieder verdampft zu werden. Der größte Teil des Wasserdampfes kondensiert jedoch weiter oben in der Luft und bildet Wolken. Sobald sich die Wassertropfen in einer Wolke befinden, können zwei Dinge passieren. Entweder löst sich die Wolke auf und die Wassertropfen werden wieder zu Dampf, oder die Wolke wächst und beginnt auszufallen.

Der dritte und letzte Schritt des Wasserkreislaufs ist der Niederschlag. Niederschlag umfasst alles Wasser, das sowohl in flüssiger als auch in gefrorener Form vom Himmel fällt und den Boden erreicht. Sobald der Niederschlag seinen Weg zum Boden gefunden hat, kann er in den Boden eindringen, in Bäche und Seen abfließen, zur Schneedecke werden, von Pflanzen genutzt werden, von Tieren eingeatmet werden oder direkt zurück in den Ozean fallen. Dann kann der Wasserkreislauf wieder beginnen und Millionen von Jahren andauern.

Abbildung B: Infiltration und Abfluss

Abgesehen von den oben genannten Schritten des Wasserkreislaufs gibt es auch Möglichkeiten, wie Wasser auf der Erde gespeichert werden kann, die zu verschiedenen Zeiten des Jahres eine Rolle im Wasserkreislauf spielen. Wasser kann in Seen, Bächen, Gletschern, Eisbergen und dem Boden gespeichert werden.

Wenn der Niederschlag in Richtung Erde fällt, sickert ein Teil des Wassers in den Boden, ein Prozess, der als Infiltration bekannt ist. Die Menge an Wasser, die in den Boden eindringt, variiert mit verschiedenen Faktoren wie Dauer, Art und Stärke des Niederschlags, Bodentyp, Neigung des Landes und Landbedeckung. Dauer und Stärke des Niederschlags spielen eine Rolle bei der Wassermenge, die der Boden aufnehmen kann, und ob das Wasser in den Boden eindringt oder über die Bodenoberfläche fließt. Bestimmte Arten von Böden halten Wasser besser als andere und können mehr Wasser aufnehmen. Da die Neigung des Landes variiert, ändert sich auch die Menge an Wasser, die in den Boden eindringen kann. Wenn es einen steilen Hang gibt, läuft das Wasser eher den Hügel hinunter als vom Boden absorbiert zu werden. Wenn der Boden keine Neigung hat, sickert das Wasser eher in den Boden oder bleibt über dem Boden (wie über einer flachen Straße) und verursacht möglicherweise Überschwemmungen. Die Menge an Wasser, die der Boden absorbiert, hängt auch von der Landbedeckung ab. Vegetation beeinflusst die Geschwindigkeit des Wassers, das sich über eine Oberfläche bewegt. Mehr Vegetation führt zu langsamer fließendem Wasser.

Die Faktoren, die die Infiltration beeinflussen, wirken sich auch auf den Oberflächenabfluss aus. Abfluss tritt auf, wenn Wasser über die Bodenoberfläche fließt. Wenn kein Wasser in den Boden eindringen kann, fließt das Wasser über die Bodenoberfläche. Dies geschieht oft in der Nähe von Bergen, da Wasser, das schnell einen Berghang hinunterfließt, nicht vom Boden absorbiert werden kann. Wenn eine bestimmte Art von Boden Wasser nicht sehr gut aufnimmt oder wenn der Boden bereits gesättigt ist, bleibt das Wasser an der Oberfläche. Lehm ist ein Beispiel für einen Boden, der im Vergleich zu sandigen Böden langsam Wasser aufnimmt. Mehr Abfluss wird über Land mit Lehmboden als über Land mit sandigem Boden auftreten. Abfluss kann auch während Schneeschmelzen von Berghängen auftreten.

Was hat das mit der Forstwirtschaft zu tun?

Abbildung C: Woodfin Watershed im Westen von North Carolina ist eine bewaldete Wasserscheide, die zum Schutz der Wasserressourcen vor Verschmutzung beiträgt und durch Naturschutzmaßnahmen geschützt wird. (Bild von der Southern Appalachian Highlands Conservancy www.southwings.org )

Wälder und Bäume stellen einen entscheidenden Teil des Wasserkreislaufs dar. Der Boden absorbiert Niederschlag, der aus den Wolken fällt, und Bäume ziehen Wasser aus dem Boden in ihre Wurzeln, um alle wichtigen Prozesse ihres Lebens wie Wachstum, Fortpflanzung und Pflege zu unterstützen. Wenn Wasser von den Wurzeln zu den Blättern gelangt, geht Wasser durch winzige Poren oder Stomata in einem Prozess namens Transpiration verloren. Transpiration und Verdunstung umfassen zusammen die gesamte Evapotranspiration, die Menge an Wasser, die als Dampf in die Atmosphäre zurückgeführt wird, um den Wasserkreislauf fortzusetzen. Wälder verbrauchen mehr Wasser als niedriger wachsende Vegetationsarten und produzieren auch einen geringeren Oberflächenabfluss, Grundwasserneubildung und Wasserertrag. Baumarten und -alter, Waldstruktur und Erntemuster beeinflussen die Wassermenge, die ein Wald benötigt. Zum Beispiel benötigen immergrüne Nadelbäume wie Kiefern mehr Wasser als Laubbäume. Junge Bäume benötigen mehr Wasser als ältere. Im Südosten der USA gehören zu den besonders wasserineffizienten Baumarten Schwarzkirsche, Hartriegel, Gelbpappel, Linde, Birke, Buckeye und Bergahorn. Das Ausdünnen eines Waldes kann dazu beitragen, den Wasserbedarf der Bäume zu verringern, erhöht jedoch die Erosion und erzeugt Löcher im Baldachin, die anderen Waldarten Schatten und Schutz bieten. Die Aufrechterhaltung einer entwickelten Unterwuchsschicht zum Schutz der Bodenfeuchtigkeit reduziert den Wasserbedarf von Wäldern, auch wenn viele Bäume gefällt werden, um den Wasserbedarf von Bäumen zu reduzieren.Da der Klimawandel zu größeren Niederschlagsextremen und höheren Temperaturen führt, werden Bäume und Wälder eine immer wichtigere Rolle im Wasserkreislauf der Erde spielen. Wälder erhöhen die Wasserqualität, indem sie Erosion minimieren und verschmutzten Abfluss abfangen, was wichtiger werden kann, wenn der Klimawandel die lokale Wasserversorgung bedroht. Wälder produzieren auch weniger Chemikalien- und Nährstoffbelastung als gleichwertige, intensiver bewirtschaftete landwirtschaftliche Betriebe. Wälder können die Auswirkungen von Überschwemmungen verringern, indem sie in Zeiten des Überflusses Wasser aufnehmen und in Trockenperioden langsam freisetzen. Wenn Bäume gepflanzt werden, um CO2 zu binden, um die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre zu senken, müssen die Manager sicher sein, dass der Wasserbedarf der Bäume die regionale Wasserknappheit während der Dürre nicht verschlimmert — insbesondere bei schnell wachsenden, kurzumtreibenden Waldfrüchten wie Pappeln.

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Latente und sensible Wärme, Evapotranspiration und Verdunstung, Wolkenbildung und Niederschlag

Links zu nationalen Standards für naturwissenschaftliche Bildung:

Wissenschaft der 7. Klasse: 7.E.1.2 : Erklären Sie, wie der Wasserkreislauf in und aus der Atmosphäre und die atmosphärischen Bedingungen mit den Wettermustern auf der Erde zusammenhängen.

Geowissenschaften: EEn.2.3.2 : Erklären Sie, wie Grundwasser und Oberflächenwasser interagieren.

Aktivitäten zu den obigen Informationen:

Aktivität: Der Wasserkreislauf (Link zur ursprünglichen Aktivität.)

Beschreibung: Diese Aktivität konzentriert sich auf den Aufbau eines Modells, das den Wasserkreislauf repräsentiert. Die Studierenden entwickeln anhand der empfohlenen Materialien eigene Modelle des Wasserkreislaufs und können mit ihren Modellen alle Elemente des Wasserkreislaufs erklären.

Beziehungen zu Themen: Der Wasserkreislauf