Wie sich der Klimawandel auf unser Wasser auswirkt

Dieser Beitrag wurde im Rahmen der Climate Week NYC und des Jahres des Wassers der Columbia University verfasst.

Der Klimawandel beeinflusst das Wasser der Welt auf komplexe Weise. Betrachten Sie ein Wasserkreislaufdiagramm, wie das folgende; Die globale Erwärmung verändert fast jede Stufe im Diagramm. Diese Veränderungen werden die Trinkwasserversorgung, die Lebensmittelproduktion, die Immobilienwerte und mehr in den USA und auf der ganzen Welt unter Druck setzen.

Bild: UK Met Office

Tatsächlich „sind die meisten Auswirkungen des Klimawandels auf das Wasser zurückzuführen“, sagt Upmanu Lall, Direktor des Columbia Water Center. Wenn Menschen über den Klimawandel sprechen, der sich auf die landwirtschaftliche Produktion, den Anstieg des Meeresspiegels, Waldbrände und extremes Wetter auswirkt, „sind sie alle im Wesentlichen eine Wassergeschichte“, sagt Lall.

Verdunstung

Wärmere Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen als kühle Luft. Infolgedessen saugt die Luft in einer wärmeren Welt mehr Wasser aus Ozeanen, Seen, Böden und Pflanzen auf. Die trockeneren Bedingungen, die diese Luft hinterlässt, könnten sich negativ auf die Trinkwasserversorgung und die Landwirtschaft auswirken.Auf der anderen Seite könnte die wärmere, feuchtere Luft auch Menschenleben gefährden. Eine Studie des Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University ergab, dass höhere Luftfeuchtigkeit zukünftige höhere Temperaturen an einigen Stellen unerträglich machen wird, indem sie die kühlenden Wirkungen unseres Schweißes blockiert.

Niederschlag

Wenn all die extra warme, extra nasse Luft abkühlt, fällt zusätzlicher Regen oder Schnee auf den Boden. Eine wärmere Welt bedeutet also, dass wir von stärkerem Regen und Schneestürmen getroffen werden. Der Nordosten der USA verzeichnet bisher den größten Anstieg der Intensität und Häufigkeit von Starkniederschlagsereignissen. Und in den zentralen USA sind Gewitterhaufen seit 1979 häufiger geworden und haben mehr Niederschlag fallen lassen.

Wie sich der Niederschlag in den USA ändert Die Farben auf der Karte zeigen die jährlichen Gesamtniederschlagsänderungen für 1991-2012 im Vergleich zum Durchschnitt von 1901-1960 und zeigen in den meisten Gebieten feuchtere Bedingungen. Die Balken in den Diagrammen zeigen die durchschnittlichen Niederschlagsunterschiede nach Jahrzehnt für 1901-2012 (relativ zum Durchschnitt von 1901-1960) für jede Region. Der ganz rechte Balken in jedem Diagramm ist für 2001-2012. Bild: Angepasst von Peterson et al. 2013, via NCA

Durch die Veränderung der Lufttemperaturen und der Zirkulationsmuster wird sich der Klimawandel auch dort ändern, wo Niederschläge fallen. Einige Gebiete — wie der amerikanische Westen, Südwesten und Südosten – werden voraussichtlich trockener. In der Zwischenzeit wird erwartet, dass die nördlichen Teile der USA und der Mittlere Westen feuchter werden. Diese Niederschlagsprojektionen werden bereits Realität.Der Südwesten, die südlichen Great Plains und der Südosten werden laut der National Climate Assessment intensivere und längere Dürren erleben. Und der größte Teil des restlichen Landes ist ebenfalls von schwereren kurzfristigen Dürren bedroht. Forscher des Earth Institute haben herausgefunden, dass der Klimawandel bereits vergangene und gegenwärtige Dürren verschärft hat und dass trockenere Bedingungen Waldbrände verschlimmern.

„Das Dürreszenario könnte gemildert werden, indem mehr Wasser in Dämmen gespeichert wird, an denen niemand arbeitet“, betonte Lall, „oder im Grundwasser, das an einigen Stellen diskutiert wird, aber für große Wassermengen nicht so einfach ist.“

Änderungen der Niederschlagsmuster werden viele Landwirte sowie natürliche Ökosysteme herausfordern. Wissenschaftler des International Research Institute for Climate and Society der Columbia University entwickeln Werkzeuge und Strategien, um Landwirten bei der Anpassung an diese Herausforderungen zu helfen. Natürliche Ökosysteme können sich jedoch möglicherweise nicht so schnell anpassen.

Oberflächenabfluss und Stromfluss

Die stärkeren Niederschläge, die durch wärmere, feuchtere Luft verursacht werden, können zu Überschwemmungen führen, die natürlich Menschenleben gefährden, Häuser beschädigen, Ernten töten und die Wirtschaft schädigen können.Die America’s Water Initiative im Columbia Water Center hat daran gearbeitet, die spezifischen Ursachen katastrophaler Überschwemmungen zu identifizieren, um sie genauer vorherzusagen und Leben und Eigentum zu retten. Das Projekt machte auch Projektionen darüber, wie sich Überschwemmungen verändern werden, wenn sich die Welt weiter erwärmt. „Auf der Aktionsseite haben wir uns angesehen, welche Strukturen wie Dämme und Deiche saniert werden müssen und welche Zonenänderungen vorgenommen werden müssen, damit die Menschen nicht in Gefahr geraten?“ sagte Lall.

Der Klimawandel wird schwere Regengüsse in vielen Teilen der USA häufiger und intensiver machen. Foto: Andy S / Flickr CC

Stärkere Regenfälle erhöhen auch den Oberflächenabfluss — das Wasser, das nach einem Sturm über den Boden fließt. Dieses sich bewegende Wasser kann Nährstoffe aus dem Boden entfernen und Schadstoffe, Schmutz und andere unerwünschte Stoffe aufnehmen und in nahegelegene Gewässer spülen. Diese Verunreinigungen können unsere Wasserversorgung verschmutzen und es teurer machen, das Wasser nach Trinkstandards zu reinigen. Die National Climate Assessment stellt fest, dass die Wasserqualität in vielen Teilen der USA bereits abnimmt, „insbesondere aufgrund zunehmender Sediment- und Schadstoffkonzentrationen nach starken Regengüssen.“Wenn der Abfluss Sedimente und andere Verunreinigungen in Seen und Bäche deponiert, könnte er außerdem Fischen und anderen Wildtieren schaden. Düngemittelabfluss kann Algenblüten verursachen, die letztendlich Wasserlebewesen ersticken und ein stinkendes Durcheinander verursachen. Das Problem wird durch die Erwärmung von Wasser verschärft, das nicht so viel gelösten Sauerstoff aufnehmen kann, wie Fische zum Überleben benötigen. Diese Bedingungen könnten der Fischerei schaden und die Bedingungen für Menschen, die Seen und Bäche zum Angeln, Schwimmen und anderen Freizeitaktivitäten nutzen möchten, unangenehm machen.Forscher des Earth Institute an der Columbia University haben herausgefunden, dass grüne Infrastruktur wie Parks, Feuchtgebiete und andere Grünflächen dazu beitragen können, Abfluss zu absorbieren und seine Verunreinigungen herauszufiltern. Diese arbeiten in kleinem Maßstab mit alltäglichen Stürmen, obwohl Lall feststellt, dass sie bei Überschwemmungen nicht viel helfen.

Ozeane

Wärmere Temperaturen und zunehmender Säuregehalt machen Meerestieren das Leben schwer. Diese Veränderungen verändern die Nahrungsketten von unten nach oben. Darüber hinaus bewegen sich viele Fische auf der Suche nach kühleren Gewässern polwärts, was Auswirkungen auf die Fischereiindustrie und Menschen hat, die gerne Fisch essen.

Temperaturänderungen haben auch das Potenzial, große Meeresströmungen zu verändern. Da die Meerestemperaturen die atmosphärischen Zirkulationsmuster beeinflussen, könnte dies die Wettermuster auf der ganzen Welt verändern. Der Klimaforscher Richard Seager vom Lamont-Doherty Earth Observatory in Columbia hat herausgefunden, dass höhere Oberflächentemperaturen die Niederschläge von Jahr zu Jahr variabler und damit weniger vorhersehbar machen könnten.Und natürlich, wenn Eisschilde und Berggipfelgletscher schmelzen, werfen sie zusätzliches Wasser in die Ozeane; Der daraus resultierende Anstieg des Meeresspiegels gefährdet die Küsteneigenschaften auf der ganzen Welt.

Schneedecke

Normalerweise, wenn die Schneedecke im Winter im Frühling schmilzt, fügt sie Flüssen und Bächen langsam frisches Wasser hinzu und hilft, die Trinkwasserversorgung wieder aufzufüllen.

Da sich die Luft jedoch erwärmt, erhalten viele Gebiete mehr Niederschlag als Regen und nicht als Schnee. Dies bedeutet, dass weniger Wasser für später als Schneedecke gespeichert wird. Darüber hinaus beschleunigt der Regen tatsächlich das Schmelzen von Schnee, der bereits am Boden liegt.Der Mangel an Schneedecke kann später im Jahr zu trockeneren Bedingungen führen, was eine schlechte Nachricht für Regionen sein kann, die auf Schneeschmelze angewiesen sind, um ihre Trinkwasserversorgung wieder aufzufüllen. In Kalifornien zum Beispiel hat der Rückgang der Schneedecke zu langfristiger Dürre und Wasserknappheit beigetragen. Gleichzeitig nimmt die Fähigkeit Kaliforniens, Überschwemmungen zu kontrollieren, ab, da die Regenfälle schneller kommen als langsam vom Schnee schmelzen.

Änderungen der Schneedecke können sich auch negativ auf die Tierwelt und die Einnahmen aus Ski- und Wintertourismus auswirken.

Wolken

Eine Studie des Lamont-Doherty Earth Observatory im vergangenen Jahr ergab, dass die zunehmende Sommerhitze die kalifornischen Morgenwolken vertreibt. Dieser Mangel an Wolken lässt mehr Sonnenlicht auf den Boden fallen, was die Temperaturen weiter erhöht, die Austrocknung und das Risiko von Waldbränden verschärft.

Änderungen des Wasserbedarfs

Neben der Veränderung des Wasserkreislaufs könnte der Klimawandel die Art und Weise verändern, wie wir Wasser nutzen und wie viel wir brauchen. Höhere Temperaturen und Verdunstungsraten könnten den Wasserbedarf in vielen Bereichen erhöhen.

Die Karten zeigen die prozentuale Veränderung des prognostizierten Wasserbedarfs von 2005 bis 2060 unter der Annahme (a) einer Veränderung der Bevölkerung und der sozioökonomischen Bedingungen sowie (b) einer kombinierten Veränderung der Bevölkerung, der sozioökonomischen Bedingungen und des Klimas (unter der Annahme einer allmählichen Verringerung der aktuellen Emissionstrends ab Mitte des Jahrhunderts). Quelle: Brown et al. 2013, via NCA

Wasserstress

Diese Veränderungen in der Wasserversorgung, -nachfrage und -qualität werden „unser aktuelles Problem verschärfen“, sagt Lall, „das heißt, wir haben eine alternde Wasserinfrastruktur im ganzen Land, die versagt, und wir haben einfach nicht die Fähigkeit, auch nur mit historischen Schwankungen umzugehen, geschweige denn mit dem, was die Menschen für die Zukunft projizieren.“Der Klimawandel wird die Wasserknappheit in Teilen der USA, insbesondere im Süden der USA sowie auf den karibischen und pazifischen Inseln, wahrscheinlicher machen.

Eine geschätzte 1.6 Millionen Amerikaner haben bereits keinen regelmäßigen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Eine Studie der Michigan State University ergab, dass sich aufgrund des Klimawandels, der alternden Infrastruktur und anderer Faktoren bis zu 40,9 Millionen amerikanische Haushalte im Jahr 2022 möglicherweise keine Wasser- und Abwasserdienstleistungen leisten können.

Bildunterschrift: In weiten Teilen des Südwestens, der westlichen Great Plains und Teilen des Nordwestens ist der Wasserstress bereits weit verbreitet, und der Klimawandel könnte das Problem in Zukunft verschärfen. In diesem Index gelten Wassereinzugsgebiete als gestresst, wenn der Wasserbedarf von Kraftwerken, Landwirtschaft und Gemeinden 40 Prozent (Wasserversorgungsstressindex von 0,4) des verfügbaren Angebots übersteigt. Quelle: Averyt et al. 2011, via NCA

Eine kürzlich von Harvard durchgeführte Studie geht davon aus, dass bis 2071 fast die Hälfte der 204 Süßwasserbecken in den Vereinigten Staaten ihren monatlichen Wasserbedarf möglicherweise nicht decken kann. Dies liegt zum Einen an der wachsenden Bevölkerung, aber auch an den Auswirkungen des Klimawandels. In etwa 50 Jahren, so die Studie, würden viele US-Amerikaner. in den Regionen könnte sich die Wasserversorgung um ein Drittel ihrer derzeitigen Größe verringern, während die Nachfrage weiter steigt. Die Autoren warnen, dass dies ernsthafte Herausforderungen für die Landwirtschaft darstellen könnte.

Was getan werden kann

Die Arbeit des Columbia Water Centers könnte Kommunen helfen, die Herausforderungen der Zukunft zu meistern; Das America’s Water Project hat untersucht, wie Wasser bereitgestellt werden kann, um Engpässen vorzubeugen, und wo mehr Wasserspeicher benötigt werden, um zukünftigen Dürren standzuhalten.Um diese Berechnungen durchzuführen, hat sich das Columbia Water Center mit Leuten aus Lamont-Doherty zusammengetan und mithilfe von Baumringdaten Dürren und Überschwemmungen aus den letzten 700 Jahren in allen großen Flusseinzugsgebieten der USA rekonstruiert Dabei erfuhren sie, dass die USA in den 1300er und 1400er Jahren Dürren erlebten, die weitaus schwerwiegender und verbreiteter waren als alles, was wir in der Neuzeit gesehen haben.“Der Grund dafür, 700 Jahre zurückzugehen, ist, dass, unabhängig davon, ob die Menschen an zukünftige Klimaprojektionen glauben oder nicht, dies etwas ist, das passiert ist, und deshalb sollten wir uns darauf vorbereiten, falls es wieder passiert“, erklärte Lall.Während Klimamodelle immer ein gewisses Maß an Unsicherheit aufweisen, fuhr er mit historischen Daten fort: „Es ist einfacher, die Menschen davon zu überzeugen, dass zum Beispiel, wenn Sie einige der Dämme am Colorado River entfernen, es wirklich keine Möglichkeit gibt, selbst die bescheideneren älteren Dürren zu bewältigen.“

Lalls Team hat ein Open-Source-Optimierungsmodell entwickelt, mit dem jeder verschiedene Szenarien für Wasserversorgung und -nachfrage in seinem eigenen Einzugsgebiet untersuchen und erkunden kann. Mit diesem Tool können Sie ermitteln, welche Pflanzen unter bestimmten Wasserbedingungen am besten wachsen oder wie sich die Zugabe erneuerbarer Energien auf die Wasserversorgung auswirkt.Die Erhöhung der Wasserspeicherung, effizientere Bewässerungssysteme und die Sicherstellung, dass die Pflanzen für das lokale Klima geeignet sind, sind einige Möglichkeiten, wie Gemeinden dazu beitragen können, Wasserstress abzuwenden. Wind- und Solarstromprojekte können ebenfalls helfen, da sie weniger Wasser verbrauchen als herkömmliche Kraftwerke.Es gibt auch Dinge, die der Rest von uns tun kann, um Wasser zu sparen, wie undichte Rohrleitungen zu reparieren, kürzere Duschen zu nehmen, den Rasen seltener zu gießen und Lebensmittel zu vermeiden, die viel Wasser benötigen. Zum Beispiel benötigt es 1.800 Gallonen Wasser, um ein Pfund Rindfleisch zu produzieren.

Lall schlägt auch vor, dass die Menschen mehr darüber erfahren, wie sich der Klimawandel auf das Wasser in ihrer eigenen Region auswirken wird, und vor Ort Maßnahmen ergreifen.“Dabei stellen Sie fest, dass Ihr Wassersystem nicht ausreicht, um den Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen“, sagte Lall. „Sie werden feststellen, dass die Flüsse, in denen Sie angeln, Jetski fahren und dergleichen, wahrscheinlich zu stinkenden Sümpfen werden. Sobald Sie diesen Entdeckungsprozess durchlaufen haben, wird es viel greifbarer, auf lokaler Ebene Maßnahmen zu ergreifen und die Dinge von unten nach oben zu ändern.“