WW-I-1: Terrestrisch gespeichertes Wasser | Umweltbundesamt

WW-I-1: Terrestrisch gespeichertes Wasser

Das terrestrisch gespeicherte Wasser im Bereich der Bundesrepublik hat in den zurückliegenden 20 Jahren signifikant abgenommen. Vor allem in den Dürrejahren 2018–2020 gibt es deutliche negative Abweichungen vom Mittel der gesamten Zeitreihe. Die Zeitreihe basiert auf satellitengravimetrischen Daten der GRACE-Missionen, die das Schwerefeld der Erde vermessen und sowohl oberirdische als auch unterirdische Wasserspeicher erfassen können.

Wasserspeicher nimmt ab

Der ⁠Klimawandel⁠ äußert sich in steigenden Lufttemperaturen und einem sich wandelnden Niederschlagsregime. Es verändern sich die jahreszeitliche Verteilung der Niederschläge und deren Intensität. Diese Veränderungen haben Einfluss auf den gesamten Wasserhaushalt, das bedeutet auf die ⁠Verdunstung⁠, das Bodenwasser, die Sickerwasserbildung und die ⁠Grundwasserneubildung⁠, den Oberflächenabfluss und den unterirdischen Zufluss zu den Oberflächengewässern.
Die Wasserbilanz summiert alle Komponenten des Wasserhaushalts. Dabei entspricht die Differenz zwischen dem Niederschlag, der Verdunstung und dem Gebietsabfluss der Änderung des terrestrischen Wasserspeichers. Letzterer umfasst Wasser in verschiedenen Kompartimenten: Grund- und Bodenwasser, Wasser in Seen, Flüssen und Wasserreservoiren (wie Talsperren) sowie das in Eis und Schnee gebundene Wasser. In den zurückliegenden 20 Jahren hat das terrestrisch gespeicherte Wasser signifikant abgenommen. Das bedeutet stark vereinfacht ausgedrückt, dass es inzwischen in Deutschland insgesamt weniger Wasser gibt als noch vor 20 Jahren.
Bei den Daten, die dem ⁠Indikator⁠ zugrunde liegen, handelt es sich um Daten der Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment, 2002–2017) und deren Folgemission GRACE-FO (GRACE Follow-On, 2018–2023). Diese Satelliten beobachten die zeitlichen Schwankungen des Schwerefelds der Erde. Die Massenverteilung auf der Erde ist nicht überall identisch, denn im Erdinneren bewegen sich flüssige Gesteinsmassen, in den Ozeanen und auf den Kontinenten Wassermassen, und auch die Luftmassen sind in ständiger Bewegung. Diese ungleiche Massenverteilung führt dazu, dass sich die Erdanziehungskraft nicht gleichförmig über den Erdball verteilt und das Schwerefeld an Stellen, an denen mehr Masse vorhanden ist, geringfügig stärker ist als an anderen Stellen. Im Gegensatz zu Radarverfahren und optischen Verfahren kann die Satellitengravimetrie nicht nur die oberflächennahen Speicherkompartimente, sondern auch den tiefen Untergrund erfassen.

Die GRACE-Mission wurde spezifisch konzipiert, um die Folgen des Klimawandels besser und umfassender in ihrer globalen Ausdehnung verstehen zu können. Die Mission erbrachte unter anderem das Ergebnis, dass die Eismassen in Grönland zwischen 2002 und 2016 um rund 270 Mrd. Tonnen pro Jahr zurückgegangen sind⁵⁷.
Nach Eliminierung des atmosphärischen Wassergehalts über der Landmasse Mitteleuropas ermöglicht GRACE, Änderungen des terrestrisch gespeicherten Wassers quantitativ zu erfassen. Damit können nun auch die in hydrologischen Modellen berechneten Wassermengen mit den indirekten Messungen verglichen werden.

Die räumliche Auflösung der Satellitendaten beträgt 300 km. In einer nachgeschalteten Daten-Prozessierung werden daraus höher aufgelöste Rasterdaten (circa 110 km Länge und 70 km Breite) berechnet, die für die Abbildung des gesamten Bundesgebiets mit Ausnahme der Küstengebiete ausreichend detailliert aufgelöst sind. In der Zeitreihe für Deutschland bilden sich sowohl markante Hochwasserereignisse wie zuletzt 2011 und 2013 (siehe Indikator WW-I-4) als auch die Effekte der Dürrejahr 2018 bis 2020⁵⁸ sehr deutlich ab. Allerdings sind die Daten für das Jahr 2018 lückenhaft, da die erste GRACE-Mission 2017 endete und GRACE-FO erst im Mai 2018 gestartet wurde. Die Datenabdeckung im Übergang der beiden Missionen war unzureichend. Die ebenfalls größeren Datenlücken im Jahr 2015 lassen sich auf Batterieprobleme an Bord von GRACE zurückführen, weshalb die Instrumente zeitweise abgeschaltet werden mussten. Das mit dem Einsatz von GRACE-FO erkennbare höhere Rauschen, also die größere Amplitude der Daten, ist primär auf eine erhöhte solare Aktivität zurückzuführen, die die Reibung an den Satelliten verstärkt.
Im dargestellten Indikator werden ausgehend von den monatlichen absoluten Werten die Abweichungen zum langjährigen Mittel der gesamten 20-jährigen Zeitreihe 2002–2021 ermittelt. Monate, in denen die Niederschläge den Wasserverlust durch Verdunstung und ⁠Abfluss⁠ übersteigen, gehen mit einer positiven Anomalie in die Zeitreihe ein. Monate, in denen die Verdunstung überwiegt, zeigen eine negative Anomalie.
In absoluten Zahlen gehört Deutschland zu den Regionen mit dem höchsten Wasserverlust weltweit. Seit der Jahrtausendwende verliert das Land 2,5 Gigatonnen oder Kubikkilometer Wasser pro Jahr. Für die 20 Jahre zusammengenommen entspricht diese Menge dem Wasser des Bodensees. Es handelt sich also um eine enorme Menge von Wasser.⁵⁹
Die Zeitreihe zeigt deutliche Übereinstimmungen mit den im Folgenden präsentierten Messreihen zum Grundwasserstand (siehe Indikator WW-I-2), zu Hochwasser (siehe Indikator WW-I-4) und Niedrigwasser (siehe Indikator WW-I-6) sowie zum Wasserstand von Seen (siehe Indikator WW-I-7).

^{57 - Büker M. (Helmholtz) 2018: Mission GRACE-FO. Satelliten vermessen das Schwerefeld der Erde. https://www.helmholtz.de/newsroom/artikel/satelliten-vermessen-das-schwerefeld-der-erde/} 

^{58 - Boergens E., Güntner A., Dobslaw H., Dahle C. 2020: Quantifying the Central European Droughts in 2018 and 2019 with GRACE follow-on Geophysical Re-search Letters, 47 (14), p. 1672. doi: 10.1029/2020GL087285}

^{59 - Roth D. 2022: Hydrologen warnen: Deutschland trocknet aus. National Geographic. https://www.nationalgeographic.de/umwelt/2022/03/hydrologen-warnen-deutschland-trocknet-aus}