Wasserhaushalt

Der Wasserhaushalt beschreibt die Betrachtung der Aufnahme und Abgabe von Wasser in unterschiedlich komplexen Systemen, z. B. in einem Ozean, Meeresteil (z. B. Mittelmeer) oder einer Landschaft, in der das Oberflächen- oder das Grundwasser betrachtet wird. Der Wasserhaushalt lässt sich auch für eine Versorgungseinheit wie eine Gemeinde, das Versorgungsgebiet eines Wasserverbandes und biologische Systeme, wie Zellen, Gewebe, und Organismen (ein Lebewesen als ganzes) berechnen.

Biologischer Wasserhaushalt

Wasser ist der Hauptbestandteil lebender Zellen. Dabei dient es nicht nur als universelles Lösungsmittel, sondern wird auch im Zellstoffwechsel hergestellt und als Substrat in der Fotosynthese benötigt. Der Wasserhaushalt ist damit ein zentrales Problem lebender Zellen. Grundsätzlich haben die Pflanzen bei der Regulation ihres Wasserhaushaltes etwas andere Mechanismen als Tiere und Menschen.

Wasserhaushalt der Pflanzen

Siehe dazu Wasserhaushalt der Pflanzen.

Wasserhaushalt bei Tieren

Bei wasserbewohnenden Tieren ist der Wasserhaushalt gekoppelt mit der Regelung des Salzgehaltes in den Geweben. Hier unterscheiden Zoologen zwei unterschiedliche Strategien: Osmokonforme und Osmoregulierer. Osmokonforme Tiere sind isotonisch zum umgebenden Meerwasser. Sie sind häufig unfähig, den Salzgehalt (Osmolarität) ihres Gewebewassers aktiv zu beeinflussen. Zu diesen marinen Lebewesen zählen die Einzeller und viele wirbellose Tiere, wie z. B. Schnecken. Osmoregulierer haben dagegen Körperflüssigkeiten, die nicht isotonisch zum umgebenden Wasser sind. Sie können deren Osmolarität aktiv beeinflussen. Dies ist an das Vorhandensein von Ausscheidungsorganen wie Nieren und Nephridien gebunden, wie sie schon Ringelwürmer und Krebse besitzen. Bei Knochenfischen wird das überschüssige Salz auch über die Kiemen an das Umgebungswasser abgegeben. Osmoregulierer benötigen einen Teil ihrer Stoffwechselenergie für die Osmoregulation. Dies ist der Preis für die Funktionssicherheit des Zellstoffwechsels, der Muskulatur, der Sinne und Nerven.

Landbewohnende Tiere haben bezüglich des Wasserhaushaltes andere Probleme: Je nach Lebensraum und klimatischen Bedingungen droht ihnen entweder Austrocknung und damit der Tod, oder die Einschränkung ihrer Fortpflanzung, wenn diese wiederum im Wasser stattfindet. Wie bei den Pflanzen hat die Evolution dazu eine Fülle von Mechanismen entwickelt. Dazu gehört eine verdunstungshemmende Körperoberfläche mit Fell, Federkleid, Schuppen oder Hornplatten. Zudem verschiedene Wasserrückgewinnungssysteme zur Begrenzung der Feuchtigkeit in der ausgeatmeten Atemluft, das Wasser im Urin oder im Kot.

Bekannt in diesem Sinne ist das Beispiel der australischen Känguruhratten, die monatelang nicht trinken müssen, da sie ihren Wasserhaushalt fast völlig aus dem Oxidationswasser der Glucose- und Fettveratmung decken können.

Wasserhaushalt beim Menschen

Verteilung des Körperwassers bei einem erwachsenen Mann. Nach Mörike Mergenthaler: Biologie des Menschen. 15. Aufl., ergänzt.

Der Wassergehalt des menschlichen Körpers kann je nach der persönlichen Verfassung entsprechend recht unterschiedlich sein. Bei untergewichtigen Menschen beträgt er bis zu 70 % des Körpergewichts, während übergewichtige Menschen nur 45 % Wasser enthalten. Er ist also umso niedriger, je größer die Menge des Körperfettes ist. Der Grund liegt darin, dass das Fett dabei der variabelste Körperanteil ist, aber zugleich der wasserärmste Bestandteil.

Wasser nehmen wir durch Getränke, durch Nahrungswasser und durch das Oxidationswasser aus der Verbrennung von Nahrungsstoffen auf.

Der Export von Wasser aus dem Körper erfolgt über Urin, Kot, über die Haut (als Schweiß) und über die Atemwege. Diese Wasserabgabe ist lebensnotwendig, weil damit Stoffwechselprodukte wie Harnstoff und Salze ausgeschieden werden, aber auch bei hohen Außentemperaturen die Wärmeabgabe aus dem Körperkern möglich wird.

Bei einem erwachsenen Mann rechnet man mit einer minimalen Wasserabgabe von circa 1,5 Litern täglich, die durch eine entsprechende Wasseraufnahme ausgeglichen werden muss. Durchschnittlich benötigt er etwa 2 Liter täglich.

Körperflüssigkeit befinden sich in den Zellen, also intrazellulär, aber auch außerhalb der Zellen im Blut und in den Zellzwischenräumen, also extrazellulär und transzellulär, das bedeutet, durch Epithelschichten vom Blut abgetrennt. Dazu zählen die Flüssigkeiten in Magen und Darm, in der Gallenblase in den großen Körperhohlräumen , die Gelenkschmiere und die Gehirnflüssigkeit.

Werden erhöhte Wasserverluste durch Schweiß oder Durchfall nicht rasch ersetzt, steigt der osmotische Wert, die Osmolarität im extrazellulären Bereich an. Umgekehrt führt erhöhte Wasseraufnahme zu einem Absinken des osmotischen Wertes. Normalerweise gleicht ein gesunder Organismus jedoch solche kurzfristigen Abweichungen schnell durch Änderungen in der Wasserausscheidung über die Niere aus. Eine bedeutende Rolle bei dieser Regelung spielt dabei das Hormon Adiuretin und dessen Wirkung auf die Niere.

Globaler Wasserhaushalt

Diagramm der Verteilung der Wassermengen auf der Erde

Globaler Wasserkreislauf des Süßwassers. Angaben in Mio km³, Pfeile mit Jahresfluss

Die Erde besitzt etwa 1,4 Mrd. km³ freies, also verfügbares Wasser. Trotz dieser riesigen Menge bleibt das Wasser ein kostbares Gut, weil 97 % Salzwasser ist und damit nur eingeschränkt nutzbar. Nur 3 % ist Süßwasser.

Durch die Sonneneinstrahlung verdunstet jährlich etwa eine halbe Million km³ Wasser, um anschließend wieder abzuregnen. Dieser globale Wasserkreislauf ist der Antriebsmotor des Wettergeschehens und aller Fließgewässer. Ein Drittel des Niederschlages über Land stammt aus der Verdunstung von Meereswasser. Damit steht den Landflächen also mehr Wasser zur Verfügung, als über dem Land verdunstet. Der globale Wasserkreislauf wird dabei nicht nur aus Verdunstung und Niederschlägen gespeist, es spielen auch Versickerung, Oberflächenabfluss und Kondensation eine Rolle.

Vor allem die großen zusammenhängenden Wälder der Welt tragen durch Wasseraufnahme aus dem Boden, Wasserspeicherung und Verdunstung über die Blätter zum Wasserhaushalt der Erde wesentlich bei.

Erdkundliche Aspekte des Wasserhaushaltes

Die Menge der Niederschläge und die Temperaturen sind weltweit sehr unterschiedlich. Dies bedeutet auch, dass regional sehr unterschiedlich viel Wasser verdunstet. Für die Klimaregionen ist es aber weniger wichtig, wie groß die Niederschlagsmengen sind, stattdessen ist das Verhältnis von Niederschlag (N) und Verdunstung (V) wesentlich.

Daraus ergeben sich dann folgende klimatische Unterscheidungen zum Wasserhaushalt:

Humider Wasserhaushalt - Hier gilt N>V, Gebiete mit solch einem Wasserhaushalt sind gezeichnet durch viele Flüsse, Seen, Sickerwasser und einem sinkendem Bodenwasserstrom.

Arider Wasserhaushalt - Hier gilt V>N, dies führt dazu, dass Wasserrücklagen aufgebraucht werden. Typisch sind hier Salzseen, Endseen und lediglich periodisch fließende Flüsse. Ebenfalls ein Merkmal ist die Salzkrustenbildung am Boden, die durch den steigenden Bodenwasserstrom hervorgehoben wird.

Nivaler Wasserhaushalt - Hier gilt N→R d. h. Der gefallene Niederschlag wird als Eis, Schnee oder Gletscher dem Wasserhaushalt langfristig entzogen und dient als Rücklage (R). Diese Art des Wasserhaushaltes ist eine Unterform des humiden Wasserhaushaltes und kommt besonders in Polargebieten und Gebirgen oberhalb der Schneegrenze vor. Es gibt auch Mischformen des Wasserhaushaltes:

Semihumider Wasserhaushalt - So werden Gebiete bezeichnet, in denen mehr als 6 Monate im Jahr ein humider Wasserhaushalt herrscht, welcher jedoch dann durch einen ariden Wasserhaushalt abgelöst wird.

Semiarider Wasserhaushalt - Im Gegensatz zum Semihumiden Wasserhaushalt werden so Gebiete mit mehr als 6 Monaten aridem Wasserhaushalt bezeichnet. In der restlichen Zeit herrscht ein humider Wasserhaushalt.

Wasserhaushalt in der Wasserwirtschaft

Der Wasserhaushalt steht unter strenger staatlicher Kontrolle. Jede Benutzung und jeder Verbrauch von Wasser sind ohne gesetzliche oder behördliche Erlaubnis auch dem Eigentümer verboten. Die Gewässer, also Grundwasser, oberirdische Gewässer und Küstengewässer, sind zu sichern und so zu bewirtschaften, dass sie größtmöglich geschont werden. Hierzu sind einheitliche Regeln zur Messung wichtiger Wasserhaushaltsgrößen erstellt worden, zum Beispiel zur Abflusshöhe. Die gesetzliche Grundlage für diese Maßnahmen bilden das Wasserhaushaltsgesetz des Bundes (WHG) und die Wassergesetze der Bundesländer.

Siehe auch

• Hydrologie
• Wasserkreislauf
• Aktiver Transport

Literatur

• Wolfgang Nentwig, Sven Bacher, Roland Brandl: Ökologie kompakt. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-8274-1876-0 (Bachelor).
• Rüdiger Wehner, Walter Gehring: Zoologie. 24. vollständig überarbeitete Auflage. Thieme Verlag, Stuttgart u. a. 2007, ISBN 978-3-13-367424-9.
• William K. Purves, David Sadava, Gordon H. Orians, H. Craig Heller: Biologie. 7. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2006, ISBN 3-8274-1630-2.
• Klaus D. Mörike, Eberhard Betz, Walter Mergenthaler: Biologie des Menschen. 15. Auflage, korrigierter Nachdruck der 14. überarbeiteten und aktualisierten Auflage. Quelle & Meyer, Wiebelsheim 2001, ISBN 3-494-01297-0.

Weblinks

• Wasserhaushalt im Bergwald - Einfluss auf Hochwasser, Erosionsschutz, Baumarten. Bericht der LWF
• sehr ausführliche Darstellung mit geologischer, geografischer Betonung einschließlich der Möglichkeit des Downloads einer lauffähigen Modellierung (Niederschlag-Abfluss-Modell)