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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)
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Einstieg
Was
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2025 sind zwei Drittel der Weltbevölkerung betroffen
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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.
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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%
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Komponenten des Wasserkreislaufs
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Der Wasserkreislauf ist ein dynamisches System
Wettergeschehen im Juni 1995
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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
0.01 0.05 0.2 0.5 1. 2. 3. 5. 10. 20. 50.Ocean: Chlorophyll a Concentration [mg/m³]
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
Maximum MinimumLand: Normalized Difference Vegetation Index
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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
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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
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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
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Regionale Auswirkungen
Wasserreserven in Gletschern: Vernagt-Ferner in den Alpen
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Regionale Auswirkungen
Wasserreserven in Gletschern: Kilimandjaro
1973
2003
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Niederschlag verteilt sich nicht gleichmäßig
Die Menschen leben, wo esWasser gibt
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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)
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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
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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
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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
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Jedes Jahr ein Deutschland zusätzlich!
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Wie verändert der Mensch die Nutzung des grünen Wassers?
Landnutzung
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Wie verändert der Mensch die Nutzung des grünen Wassers?
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Wie verändert der Mensch die Nutzung des grünen Wassers?
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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
Wie verändert der Mensch die Nutzung des grünen Wassers?
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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
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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
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78
Combustion ofFossil Fuels
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Lightning<3
BiologicalN2 Fixation
90-130
Green (2002)
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Ertragssteigerung im Getreideanbau
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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!
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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!!
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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
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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!
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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:
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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.
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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.
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Was kommt auf uns zu?
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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
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Future Perspectives
heißt:
• Die landwirtschaftliche Fläche für jeden Menschen auf der Erde nimmt stetig ab
• Bewässerte Flächen pro Person nimmt nicht zu
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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
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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
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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!
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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
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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
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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 • ......
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!