Der Wasserkreislauf

Ein Wassermolekül, das über dem Ozean verdunstet, bleibt im Mittel neun Tage in der Atmosphäre, ehe es irgendwo auf der Erde als Niederschlag niedergeht. Über Land fallen im Jahresmittel rund 750 mm Niederschlag, rund 480 mm gehen als Evapotranspiration zurück, und die Differenz von etwa 270 mm fließt in Flüssen ins Meer. Regional klaffen die Werte weit auseinander — Sahara rund 25 mm im Jahr, Amazonasbecken über 2.000 mm, Cherrapunji in Meghalaya rund 12.000 mm —, der Kreislauf aber bleibt derselbe. Neues Wasser entsteht auf der Erde praktisch nicht: Was im Glas steht, ist durch Dinosaurier geflossen, von römischen Aquädukten getropft und lag als Eis auf einer Proto-Erde. Wir haben, was wir umwälzen.

Die Reservoire sind höchst ungleich gefüllt: Die Ozeane halten rund 96,5 % des irdischen Wassers, Eisschilde und Gletscher rund 1,7 %, das Grundwasser etwa ebenso viel, die Atmosphäre verschwindende 0,001 %. Ausgerechnet dieses kleinste Reservoir aber wird rund 37-mal im Jahr umgeschlagen und leistet damit fast die gesamte Arbeit. Diese Arbeit ist Energietransport: Wasser kommt in drei Phasen vor, und die latente Verdampfungswärme ist mit rund 2.260 kJ/kg so groß, dass in den Tropen aufsteigender und in höheren Breiten kondensierender Dampf fünfmal mehr Wärme polwärts trägt als der direkte fühlbare Wärmestrom — womit der latente Transport zum größten einzelnen Energiestrom der Atmosphärenzirkulation wird. Wasserdampf trägt in vielen Aufteilungen den größten Anteil zum natürlichen Treibhauseffekt bei, rund die Hälfte des Gesamteffekts gegenüber rund 20 % beim CO₂; nur hält er sich bloß Tage, und seine Konzentration hängt über die Clausius-Clapeyron-Gleichung an der Temperatur, denn der Sättigungsdampfdruck steigt um rund 7 % je °C. Deshalb ist Wasserdampf eine Rückkopplung und kein Antrieb. Die Niederschlagsmuster zeichnen die Zirkulation nach: Die Hadley-Zelle bündelt den Regen über den Tropen und trocknet die Subtropen aus; die orografische Hebung wirft Regenschatten — Seattle bekommt 950 mm im Jahr, das 200 km im Lee gelegene Yakima 200. Unter der Oberfläche füllen sich Grundwasserleiter über Jahre bis Jahrtausende wieder auf; aus dem Ogallala unter den Great Plains der USA wird schneller gepumpt, als er sich erholt. Der Meeresspiegelanstieg summiert die Störung auf: rund 3,7 mm pro Jahr zwischen 2006 und 2018 gegenüber rund 1,4 mm im Mittel des 20. Jahrhunderts, davon rund 30 % thermische Ausdehnung und rund 50 % Schmelzwasser aus Gletschern und Eisschilden.