Hans-Eisenmann Akademie Weihenstephan 5.2.14
Die Zukunft der Wasserressourcen - Wie entscheidend ist der Klimawandel?
Wolfram Mauser Department für Geographie
Ludwig-Maximilians-Universität München
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Die Globale Wasserkrise Historische Perspektive auf 2025
IMWI 1995
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Die Erde ist der Wasserplanet
Ocean Salzwasser
96.5% Eisschilde
und Gletscher
1.77%
Grundwasser 1.7%
3.5%
Bodenwasser, Feuchtgebiete,
Permafrost, und
Flüsse 0.03%
0.03% Atmosphäre 0.001%
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Der Wasserkreislauf ist dynamisch
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Die Biosphäre folgt dem Regen
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Das dritte Gleichgewicht der Erde
Ohne Leben besitzt die Erde wegen ihrer Wasservorkommens zwei stabile Zustände: 1. bei etwa -80 Grad Durchschnittstemperatur 2. bei etwa +320 Grad Durchschnittstemperatur Das Leben hat einen dritten Gleichgewichtszustand geschaffen: 3. bei etwa +15 Grad Durchschnittstemperatur
Gorshkov (2000)
atmosphärisches CO2 und H2O viel wenig
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Die Schwankungen im 3. Gleichgewicht
Quelle: Petit et al., (1999) Nature 399
IPCC Projektionen
Jahr 2100 CO2 (450-1100) CH4 (1500-3700) heute->
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Wasser ist Niederschlag
Zusammenfassung aus 20 globalen Klimamodellen gepunktet: mind. 80% der Modelle stimmen im Vorzeichen überein
IPCC Report 2007 – Änderung des Niederschlags 2080-2099 vs. 1980-1999
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Wie nutzt die Erde das Wasser?
Das Konzept des grünen und blauen Wassers
• grünes Wasser: wird von der Vegetation verdunstet (Einmalnutzung) • blaues Wasser: fliesst in Flüssen und Seen (Mehrfachnutzung)
Blauer Wasserstrom in Flüssen/Seen
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3X
3
Grüner Wasserstrom in die Atmosphäre
nach Falkenmark (1999)
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Wasser und die Menschen
Menschen leben dort, wo es Wasser gibt!
Niederschlag [mm/a] Bevölkerungsdichte [pro km²]
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Bevölkerungswachstum
1. Wir werden mehr – Wachstum mit Grenzen?
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Wie nutzt der Mensch das grüne Wasser? Landnutzungsänderungen USA
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Ertragssteigerung im Getreideanbau
Resultat von Sortenwahl, Düngung und Pestiziden
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Grünes Wasser und Landwirtschaft
Wasser und CO2 benutzen die gleichen Diffusionspfade
enge Beziehung zwischen grünem Wasserstrom und Kohlenstofffixierung
Nutzpflanze Transpirationskoeffizient (l/kg Trockenmasse)
Kartoffel 250 – 500
Zuckerrübe 350 – 450
Hafer 400 – 600
Mais 300 – 400
Weizen 250 – 550
Roggen 400 – 700
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Green (2002)
Stickstoff als Treiber des Wasserkreislaufs
in Tg N pro Jahr, Kroeze(1998)
N2 FixationRice, Soybeans,
Alfalfa43
SyntheticFertilizer
78
Combustion ofFossil Fuels
21
Lightning<3
BiologicalN2 Fixation
90-130
N2 FixationRice, Soybeans,
Alfalfa43
SyntheticFertilizer
78
Combustion ofFossil Fuels
21
Lightning<3
BiologicalN2 Fixation
90-130
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Wie nutzt der Mensch das Wasser?
Das Konzept des grünen und blauen Wassers
3
3
3
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3
3
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3X
3
• grünes Wasser: der Mensch nutzt heute bereits 67% der Weltreserven
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Wofür nutzen Menschen das Wasser?
Globaler durchschnittlicher Wasserverbrauch pro Tag:
Blaues Wasser: Trink-, Sanitär- und Industriewasser
Grünes Wasser: Nahrung 2400 kcal pflanzlich 600 kcal tierisch
1200 Liter pflanzlich
2300 Liter tierisch
Die globale Wasserknappheit steht in enger Beziehung zur Frage der Nutzung grünen Wassers für die Nahrungsmittelproduktion!!
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Wieviel grünes Wasser steckt in unseren Grundnahrungsmitteln?
4,800 l => 1 kg 6,100 l => 1 kg
3,900 l => 1 kg
1,300 l => 1 kg 900 l => 1 kg
1,000 l => 1 l 3,400 l => 1 kg
Der Wasser (grün oder blau), das für die Produktion von Nahrungsmitteln gebraucht wird, wird als “virtuelles Wasser” bezeichnet
900 l => 1 kg
16 000 l => 1 kg
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Virtuelles Wasser in Produkten
Produkt Gehalt an virtuellem Wasser [Liter]
1 Tomate (70g) 10
1 Kartoffel (100 g) 25
1 Glas Bier (250 ml) 75
1 Tasse Kaffee (125 ml) 140
1 Hamburger (150 g) 2400
1 Paar Schuhe 8000
1 iPhone / aufladen 16000 / 0.5
Land Getreide [l/kg]
Rind [l/kg]
USA 849 13193
China 690 12560
Indien 1654 16482
Russland 2375 21028
Indonesien - 14818
Australien 1588 17112
Brasilien 1616 16961
Japan 734 11019
Mexiko 1066 37762
Italien 2421 21167
Niederlande 619 11681
Global 1300 15500
Fazit: • Wenns nach dem virtuellen Wasser
geht ist ein Glass Bier allemal besser als eine Tasse Kaffee!
• Für den Gehalt an virtuellem Wasser ist es wichtig wo (und wie) Nahrung produziert wird!
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Warum steigt der virtuelle grüne Wasserverbrauch?
Der Verbrauch an virtuellem Wasser ist eng verbunden mit Lebensstilen und Essgewohnheiten
Jahr
RestaurantsLänder
Anza
hl d
er M
cDon
alds
Res
taur
ants
wel
twei
t Anzahl der Länder mit M
cDonalds R
estaurants
Jahr
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alds
Res
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wel
twei
t Anzahl der Länder mit M
cDonalds R
estaurants
Land Verbrauch grünen Wassers
[m³/P/Jahr] USA 2400
Deutschland 1700
China 700
Indien 500
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Wie stark sind wir heute vom Handel mit virtuellem Wasser abhängig?
Land Interner Grüner Wasser-Verbrauch
(109 m³/yr)
Externer Grüner Wasser-Verbrauch
(109 m³/yr)
Abhängigkeit vom Import grünen
Wassers %
Indonesien 242 28 10 Ägypten 56 13 19 Südafrika 31 9 22 Mexiko 98 42 30 Spanien 60 34 36 Deutschand 60 67 53 Japan 52 94 64 UK 22 51 70 Jordanien 1.7 4.6 73 Niederlande 4 16 82
Handel mit realen Produkten ist zugleich Handel mit virtuellem Wasser
Hoekstra (2009)
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Was bringt die Zukunft?
Szenarien zukünftiger Entwicklung bis 2050: • Anwachsen der Erdbevölkerung auf ca. 9.5 Milliarden Menschen
• Anstieg des Erdtemperatur um 1.2 bis 5 Grad (IPCC).
• Auftauen von Permafrostböden in Kanada, Skandinavien und Sibirien, • Reduzierung der Niederschläge im Mittelmeerraum • Ausweitung der Wüsten um 50 000 km²/Jahr (~ Fläche Bayerns) • Moderate Veränderungen des Niederschlags in Mitteleuropa
• Anstieg des Lebensstandards v.a. in China und Indien mit
Erhöhung des Fleischkonsums in beiden Ländern
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Zukunftsperspektive Wasser Verdopplung des Bedarfs!!
Zweck Grüne Wasserflüsse weltweit 2050 [km³/Jahr]
Nahrungsmittelversorgung heute 7 800 Auslöschung des Hungers 2 200 Nahrungsmittel für 3 Milliarden Menschen 3 900 Total 13 900
Woher nehmen?
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Es gibt keinen goldenen Weg!
Niederschlag [mm/a] Bevölkerungsdichte [pro/km²]
Aber mehrere Optionen bis 2050: • Ausweitung der Agrarflächen zur Nutzung von mehr grünem Wasser:
wirkliche eine Option? weil fast alles schon genutzt wird!
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Ausweitung der landwirtschaftlichen Flächen - Klimawandel
0.4 barely suitable
1.0very good
Globale Landeigung für Landwirtschaft: 1961-1990
worse
better
equal
Veränderung bei +4 Grad: 2071-2100 vs. 1961-1990
Globaler Durchschn: 1960-90: 0.51 2071-00: 0.53
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Ausweitung der landwirtschaftlichen Flächen - Klimawandel
1961-1990
Veränderung der landwirtschaftlichen Eignung bei einem Temperaturanstieg von 4 Grad bis zum Jahr 2100, Szenarion IPCC-SRES A1B
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Ausweitung der landwirtschaftlichen Flächen - Klimawandel
1961-1990 2070-2100
Veränderung der landwirtschaftlichen Eignung bei einem Temperaturanstieg von 4 Grad bis zum Jahr 2100, Szenarion IPCC-SRES A1B
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Ausweitung der landwirtschatlichen Flächen - Klimawandel
Aber Flächenexpansionen durch Klimawandel Quelle: Ramakutty(2008)
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Es gibt keine goldenen Weg!
Aber mehrere Optionen bis 2050: • Ausweitung der Bewässerung: möglich auf bis zu etwa 150 %
der heutigen Fläche (FAO, 2006) • Wasser effizienter nutzen:
– More crop per drop = Reduzierung der Wasserverluste in der Landwirtschaft durch verbesserte Produktionsweisen
– Verbesserte Wassernutzungseffizienz der Pflanzen durch Züchtung (genetisch oder konventionell)
– Water sparen durch den Handel mit virtuellem Wasser – Änderung der Lebensstile und Konsummuster
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More Crop per Drop
Fazit: fast der gesamte Globus (speziell sub-Sahara Afrika and Zentralasien) kann die Wassernutzungseffizienz gewaltig steigern
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More Crop per Drop
Gewaltige Potentiale für Effizienzsteigerung: • In SSH liegt der Maisertrag bei ca. 1 Tonne pro Hektar • In Europa liegt der durchschnittliche Maisertrag bei ca. 8 Tonnen pro Hektar • Die theoretische Grenze liegt wohl bei 20 Tonnen pro Hektar
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More Crop per Drop
Mehr Ertrag - Mehr Effizienz! • je höher der Ertrag, desto weniger Wasser braucht man, um 1 Tonne Getreide
zu erzeugen! • Wasser sparen durch intensivere Landnutzung, Steigerung bis 6 t/ha scheint bei
Getreide sinnvoll!
Produktivität des grünen Wassers (kg/mm/ha) Produktionsniveau Europa
Globaler Durchschnitt
Getreide-Ertrag (t/ha)
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Verbesserte Wassernutzungseffizienz durch CO2-Anstieg
Ener
gieu
mw
andl
ungs
-Effi
zien
z
Temperatur [oC]
heute
gestern
morgen
Resultat: Stomata schliessen sich und passen sich dem höheren CO2-Gehalt an
-> gleiche Photosyntheserate bei weniger Wasserverbrauch -> Bodenwasserspeicher ist später leer -> mehr Ertrag (10-25%)
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Handel mit virtuellem Wasser spart reales Wasser
Bespiel Mexiko: • Mexiko importiert Getreide, Mais und Hirse aus den USA. Es braucht dort 7.1 Milliarde
m³ grünes Wasser pro Jahr, um zu wachsen, • wenn Mexiko die importierten Güter im Land produzieren würde, würde das dort 15.6
Milliarden m³ grünes Wasser pro Jahr benötigen • aus globaler Sicht hat der Handel virtuellen Wassers zwischen USA to Mexiko in Form
von Getreiden 8.5 Milliarden m³ grünes Wasser gespart!
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Wo bleibt das Virtuelle Wasser? Beispiel Weizen
Wir wissen schon recht gut, wohin das virtuelle Wasser fließt. Die Kunden kommen allerdings in der Regel nicht für die Umweltschäden auf!
Quelle: Hoekstra (2012)
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Wie entscheidend ist nun der Klimawandel?
• Die Zukunft der Wasserressourcen wird primär von der Nachfrage durch den Menschen und die Nachhaltigkeit ihrer Befriedigung bestimmt.
- und nicht durch den Klimawandel!!
• Klimawandel ist das Symptom und nicht die Ursache. Er verändert regional das Angebot an Wasser, aber wohl kaum das globale Angebot.
• Regionale Ungleichgewichte des Angebots als Folge des Klimawandels wären leicht durch Handel mit virtuellem Wasser ausgleichbar.
• Entscheidend für die Nachfrage ist die Entwicklung von Bevölkerungszahlen und Lebensstilen
• Zukünftiges Verhalten wie die Siedler: • „expansion into great wild open“ • Autarkie in der Nutzung grünen Wassers zur Nahrungsmittelerzeugung
kann Wasserknappheit nicht lösen.
• ökologische Effizienzsteigerung bei der Nutzung ist die einzige Lösung!!
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Wassernutzung in einer globalisierten Welt
effizient, nachhaltig und gerecht! Wir brauchen globale institutionelle Übereinkommen um: • die Landwirtschaft weltweit darin zu unterstützen, grünes Wasser effizienter zu
nutzen, • uns auf auf den maximale zulässgen nachhaltigen Wasserverbrauch pro
Person zu einigen, • uns auf eine globale Preispolitik für Wasser zu einigen. Sie muß die vollen
Kosten für die Wassernutzung abdecken (Investitionen, Betrieb, Wartung, Wasserknappheitsaufschläge, Kosten für Umweltschäden),
• die minimalen Wasser-Grundrechte für jeden Menschen umzusetzen: – Zugang zu sauberem Drinkwasser, – Minimaler Anteil an den grünen Weltwasserreserven für jeden Menschen,
• uns auf Regeln für einen globalen Handel mit virtuellem Wasser zu einigen!
Hans-Eisenmann Akademie Weihenstephan 5.2.14
Danke für die Aufmerksamkeit!
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