Die Hydrosphäre: Wasserkreislauf, Chemie und Umweltschutz

Die Bedeutung der Hydrosphäre für das Leben

Das Leben auf der Erde hängt direkt vom gesamten Wasser ab. Zivilisationen sind verschwunden und viele Ökosysteme waren von Veränderungen in der Menge und Qualität des Wassers betroffen.

Das Meer macht 97,2 % der Hydrosphäre aus, während das Eis in den Polkappen 2,1 % des gesamten Wassers darstellt. Das Grundwasser sowie das in Seen und Flüssen enthaltene Wasser machen einen Anteil von 0,6 % aus. Nur 0,1 % ist Süßwasser (Trinkwasser), das in Seen oder im Grundwasser vorkommt.

Die Hydrosphäre und die Lithosphäre

Die Hydrosphäre steht immer in engem Kontakt mit einem Teil der Erde, der Lithosphäre genannt wird; daher sind die Eigenschaften beider miteinander verbunden. Im Allgemeinen können viele Verbindungen der Lithosphäre in Wasser gelöst werden und werden so Teil der Hydrosphäre.

Grafik: Der Wasserkreislauf

Im Großen und Ganzen verdunstet das Meerwasser und wird durch atmosphärische Winde über das Land transportiert, wo es als Regen oder Schnee niedergeht. Ein Teil infiltriert den Boden, was das Grundwasser erhöht, welches schließlich wieder in den Ozean fließt. Die Wassermenge wird in Milliarden Litern pro Tag angegeben.

Chemische Reaktionen in der Hydrosphäre

Die Verbindungen oder Ionen, die in natürlichen Gewässern gefunden werden, stammen aus der Umgebung: Atmosphäre, Lithosphäre und Biosphäre. Die chemischen Reaktionen, die am Seegrund im Kontakt mit Sedimenten auftreten, unterscheiden sich völlig von denen an der Oberfläche, die in Kontakt mit der Atmosphäre stehen.

Aerobe biologische Abbaubarkeit

Ein Großteil des im Wasser gelösten Sauerstoffs wird während aerober biologischer Abbauprozesse oder der Atmung verschiedener Wasserlebewesen verbraucht. Diese benötigen eine Konzentration von etwa 5 mg O₂ pro Liter Wasser. Die Sauerstofflöslichkeit in Wasser beträgt 8,3 Milligramm pro Liter. Natürliche Gewässer enthalten in der Regel niedrigere Konzentrationen, da die Aufnahme von Luftsauerstoff langsam erfolgt, wenn das Wasser ruhig und nicht turbulent ist.

Anaerober biologischer Abbau

Abwasser sowie Abfälle aus der Fleischverarbeitung, der Lebensmittel- oder Papierindustrie werden als sauerstoffverzehrende Abfälle bezeichnet. Wenn große Mengen davon in natürliche Gewässer eingeleitet werden, nimmt die Konzentration von Kohlendioxid zu, während die Sauerstoffkonzentration sehr gering wird. Bei einer Verminderung der Sauerstoffmenge wachsen anaerobe Bakterien und verursachen verschiedene Änderungen in der Struktur des Wassers, zum Beispiel im Säuregehalt.

Schadstoffe in der Hydrosphäre

Das Wachstum von Landwirtschaft und Industrie im 20. Jahrhundert hat zu einer Kontamination der Hydrosphäre mit verschiedenen Verbindungen geführt, die mehr oder weniger schädlich für Lebewesen sind. Diese können in folgende Gruppen zusammengefasst werden:

• Anorganische Schadstoffe: Die wichtigsten metallischen Verunreinigungen sind Cadmium, Blei und Quecksilber, die in der Regel in Form von Kationen vorliegen. Sie stammen aus industriellen Tätigkeiten, dem Bergbau und elektrischen Batterien.
• Organische Schadstoffe: Pestizide und Herbizide zur Bekämpfung von Schädlingen können schwere Erkrankungen bei Tieren und Menschen verursachen, selbst in sehr kleinen Konzentrationen. Sie gelangen direkt in die Hydrosphäre. Ein weiteres Beispiel für Verschmutzung sind polychlorierte Biphenyle (PCB). Um 1930 begann deren umfangreiche Herstellung für den Einsatz in Hochspannungstransformatoren. Die Löslichkeit von PCB in Wasser ist gering, aber ausreichend, damit sich diese Moleküle über die ganze Erde verteilen können, indem sie über Wolken oder Wasserläufe transportiert werden. Im Gegensatz dazu sind PCB sehr gut löslich in unpolaren Substanzen.

Fragen und Antworten zur Hydrosphäre

1. Was ist der Prozentsatz? (Salzwasser, Eiskappen, verfügbares Süßwasser): In der Welt gibt es 97,2 % Salzwasser. Die polaren Eiskappen machen 2,1 % aus. 0,1 % ist das verfügbare Süßwasser (Trinkwasser), das sich in Seen und im Grundwasser befindet.
2. Was sind die Merkmale? (Hydrosphäre, aerobe/anaerobe Abbaubarkeit):
   • Die Hydrosphäre: Sie ist in engem Kontakt mit der Lithosphäre. Viele Verbindungen der Lithosphäre lösen sich im Wasser.
   • Aerobe biologische Abbaubarkeit: Sauerstoff wird für die Atmung von Wasserlebewesen verbraucht (Bedarf ca. 5 mg/l).
   • Anaerober biologischer Abbau: Bei Sauerstoffmangel durch Abfälle wachsen anaerobe Bakterien, was den Säuregehalt verändert.
3. Das hydrologische System: Festlegung der Grafik.
4. Schadstoffe: Die wichtigsten anorganischen Schadstoffe sind Cadmium, Blei und Quecksilber. Organische Schadstoffe umfassen Pestizide, Herbizide und PCB.