Wasserkreislauf

Globaler Wasserkreislauf  ⓘ

Der Wasserkreislauf, auch bekannt als hydrologischer Kreislauf oder hydrologischer Zyklus, ist ein biogeochemischer Kreislauf, der die kontinuierliche Bewegung von Wasser auf, über und unter der Erdoberfläche beschreibt. Die Wassermasse auf der Erde bleibt im Laufe der Zeit relativ konstant, aber die Aufteilung des Wassers auf die großen Reservoirs Eis, Süßwasser, Salzwasser (Salzwasser) und atmosphärisches Wasser ist je nach einer Vielzahl von klimatischen Variablen unterschiedlich. Das Wasser bewegt sich durch die physikalischen Prozesse der Verdunstung, der Kondensation, des Niederschlags, der Infiltration, des Oberflächenabflusses und des unterirdischen Flusses von einem Reservoir zum anderen, z. B. vom Fluss zum Meer oder vom Meer zur Atmosphäre. Dabei durchläuft das Wasser verschiedene Formen: flüssig, fest (Eis) und dampfförmig. ⓘ

Der Wasserkreislauf beinhaltet einen Energieaustausch, der zu Temperaturveränderungen führt. Wenn Wasser verdunstet, nimmt es Energie aus seiner Umgebung auf und kühlt die Umgebung ab. Wenn es kondensiert, gibt es Energie ab und erwärmt die Umgebung. Dieser Wärmeaustausch beeinflusst das Klima. ⓘ

Die Verdunstungsphase des Kreislaufs reinigt das Wasser, das dann das Land wieder mit Süßwasser versorgt. Der Fluss von flüssigem Wasser und Eis transportiert Mineralien über den gesamten Globus. Er ist auch an der Umgestaltung der geologischen Merkmale der Erde beteiligt, unter anderem durch Erosion und Sedimentation. Der Wasserkreislauf ist auch für die Aufrechterhaltung der meisten Lebensformen und Ökosysteme auf unserem Planeten unerlässlich. ⓘ

Diagramm des Wasserkreislaufs ⓘ

Beschreibung

Die Sonne, die den Wasserkreislauf antreibt, erwärmt das Wasser in den Ozeanen und Meeren. Das Wasser verdunstet als Wasserdampf in die Luft. Einige Eis- und Schneemassen sublimieren direkt in Wasserdampf. Evapotranspiration ist Wasser, das von Pflanzen aufgenommen wird und aus dem Boden verdunstet. Das Wassermolekül H
₂O hat eine geringere Molekülmasse als die Hauptbestandteile der Atmosphäre, Stickstoff (N
₂) und Sauerstoff (O
₂) und hat daher eine geringere Dichte. Aufgrund des erheblichen Dichteunterschieds treibt der Auftrieb die feuchte Luft in die Höhe. Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck ab und die Temperatur sinkt (siehe Gasgesetze). Die niedrigere Temperatur bewirkt, dass der Wasserdampf zu winzigen flüssigen Wassertröpfchen kondensiert, die schwerer sind als die Luft und herabfallen, wenn sie nicht von einem Aufwind unterstützt werden. Eine große Konzentration dieser Tröpfchen über einer großen Fläche in der Atmosphäre wird als Wolke sichtbar, während die Kondensation in Bodennähe als Nebel bezeichnet wird. ⓘ

Die atmosphärische Zirkulation bewegt den Wasserdampf rund um den Globus; die Wolkenteilchen stoßen aufeinander, wachsen und fallen als Niederschlag aus den oberen Atmosphärenschichten. Ein Teil des Niederschlags fällt als Schnee, Hagel oder Graupel und kann sich in Eiskappen und Gletschern ansammeln, die gefrorenes Wasser für Tausende von Jahren speichern können. Das meiste Wasser fällt als Regen zurück in den Ozean oder auf das Land, wo es als Oberflächenabfluss über den Boden fließt. Ein Teil dieses Abflusses gelangt in die Flüsse, die das Wasser zu den Ozeanen transportieren. Abflusswasser und aus dem Boden aufsteigendes Wasser (Grundwasser) kann als Süßwasser in Seen gespeichert werden. Nicht das gesamte abfließende Wasser fließt in Flüsse; ein großer Teil versickert im Boden. Ein Teil des Wassers sickert tief in den Boden und füllt Grundwasserleiter auf, die Süßwasser über lange Zeiträume speichern können. Ein Teil des versickernden Wassers bleibt in der Nähe der Landoberfläche und kann als Grundwasserabfluss in Oberflächengewässer (und in den Ozean) zurückfließen. Ein Teil des Grundwassers findet Öffnungen in der Landoberfläche und tritt als Süßwasserquellen aus. In Flusstälern und Überschwemmungsgebieten findet häufig ein ständiger Wasseraustausch zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser in der hyporheischen Zone statt. Mit der Zeit kehrt das Wasser in den Ozean zurück, um den Wasserkreislauf fortzusetzen. ⓘ

• Der Wasserkreislauf der Erde

• Wenn das Oberflächenwasser der Erde verdunstet, treibt der Wind das Wasser in der Luft vom Meer auf das Land, wodurch sich die Süßwassermenge an Land erhöht.

• Der Wasserdampf wird in Wolken umgewandelt, die Süßwasser in Form von Regen, Schnee und Graupel an Land bringen.

• Der Niederschlag fällt auf den Boden, aber was mit diesem Wasser geschieht, hängt stark von der Geografie des Landes an einem bestimmten Ort ab. ⓘ

Recycling von Tiefenwasser

Der tiefe Wasserkreislauf (auch geologischer Wasserkreislauf genannt) ist der Austausch von Wasser mit dem Erdmantel über Subduktionszonen und vulkanische Aktivitäten und unterscheidet sich vom Wasserkreislauf über und an der Oberfläche des Planeten im Rahmen des Wasserkreislaufs. ⓘ

Beim Recycling von Wasser aus der Tiefe gelangt Wasser in den Erdmantel, indem es von subduzierenden ozeanischen Platten nach unten getragen wird (ein Prozess, der als Regassing bekannt ist), und wird durch Wasser ausgeglichen, das an mittelozeanischen Rücken freigesetzt wird (Degassing). Dies ist ein zentrales Konzept für das Verständnis des langfristigen Wasseraustauschs zwischen dem Erdinneren und der Exosphäre sowie des Transports von in wasserhaltigen Mineralien gebundenem Wasser. ⓘ

Ein Ungleichgewicht im Tiefenwasserrecycling wurde als ein Mechanismus vorgeschlagen, der den globalen Meeresspiegel beeinflussen kann. ⓘ

Vorgänge

Prozesse, die zu Bewegungen und Phasenveränderungen im Wasser führen ⓘ

Niederschlag

Kondensierter Wasserdampf, der auf die Erdoberfläche fällt. Der meiste Niederschlag fällt als Regen, aber auch als Schnee, Hagel, Nebeltropfen, Graupel und Graupel. Ungefähr 505.000 km³ (121.000 cu mi) Wasser fallen jedes Jahr als Niederschlag, davon 398.000 km³ (95.000 cu mi) über den Ozeanen. Der Regen auf dem Festland enthält 107.000 km³ (26.000 cu mi) Wasser pro Jahr und eine Schneedecke nur 1.000 km³ (240 cu mi). 78 % der weltweiten Niederschläge fallen über den Ozeanen.

Subduktion und Mineralhydratation

Meerwasser dringt durch Brüche und Poren in die ozeanische Lithosphäre ein und reagiert mit Mineralien in der Kruste und im Mantel, um wasserhaltige Mineralien (wie Serpentin) zu bilden, die Wasser in ihren Kristallstrukturen speichern. Über wasserhaltige Minerale in subduzierenden Platten wird Wasser in den tiefen Mantel transportiert. Während der Subduktion kann eine Reihe von Mineralen in diesen Platten, wie z. B. Serpentin, bei unterschiedlichen Drücken innerhalb der Plattengeothermie stabil sein und erhebliche Wassermengen in das Erdinnere transportieren. Wenn die Platten sinken und sich aufheizen, können die freigesetzten Flüssigkeiten Seismizität auslösen und ein Schmelzen innerhalb der subduzierten Platte und des darüber liegenden Mantelkeils bewirken. Durch diese Art des Schmelzens werden die flüchtigen Stoffe selektiv konzentriert und in die darüber liegende Platte transportiert. Kommt es zu einer Eruption, gibt der Kreislauf die flüchtigen Stoffe wieder an die Ozeane und die Atmosphäre ab.

Abfangen durch das Kronendach

Der Niederschlag, der von Pflanzenblättern aufgefangen wird, verdunstet schließlich wieder in die Atmosphäre, anstatt auf den Boden zu fallen.

Schneeschmelze

Der durch die Schneeschmelze entstehende Abfluss.

Abfluss

Die verschiedenen Wege, auf denen sich Wasser über das Land bewegt. Dazu gehören sowohl der Oberflächenabfluss als auch der Kanalabfluss. Während des Abflusses kann das Wasser in den Boden versickern, in die Luft verdunsten, in Seen oder Stauseen gespeichert oder für landwirtschaftliche oder andere menschliche Zwecke entnommen werden.

Versickerung

Der Fluss von Wasser von der Bodenoberfläche in den Boden. Sobald das Wasser versickert ist, wird es zu Bodenfeuchtigkeit oder Grundwasser. Eine kürzlich durchgeführte globale Studie, bei der stabile Wasserisotope verwendet wurden, zeigt jedoch, dass nicht die gesamte Bodenfeuchtigkeit gleichermaßen für die Grundwasseranreicherung oder für die Transpiration von Pflanzen zur Verfügung steht.

Unterirdische Strömung

Der Fluss von Wasser im Untergrund, in der vadosen Zone und in Grundwasserleitern. Unterirdisches Wasser kann an die Oberfläche zurückfließen (z. B. als Quelle oder durch Abpumpen) oder schließlich in die Ozeane versickern. Das Wasser kehrt unter dem Einfluss der Schwerkraft oder des durch die Schwerkraft verursachten Drucks in geringerer Höhe an die Landoberfläche zurück als an den Ort, an dem es infiltriert wurde. Grundwasser bewegt sich in der Regel nur langsam und wird nur langsam wieder aufgefüllt, so dass es in den Grundwasserleitern Tausende von Jahren verbleiben kann.

Verdunstung

Die Umwandlung von Wasser von der flüssigen in die gasförmige Phase, wenn es aus dem Boden oder aus Gewässern in die darüber liegende Atmosphäre gelangt. Die Energiequelle für die Verdunstung ist in erster Linie die Sonneneinstrahlung. Die Verdunstung schließt oft implizit die Transpiration von Pflanzen mit ein, obwohl sie zusammen als Evapotranspiration bezeichnet werden. Die gesamte jährliche Evapotranspiration beläuft sich auf etwa 505.000 km³ (121.000 cu mi) Wasser, von denen 434.000 km³ (104.000 cu mi) aus den Ozeanen verdunsten. 86 % der globalen Verdunstung findet über dem Ozean statt.

Sublimation

Der direkte Zustandswechsel von festem Wasser (Schnee oder Eis) zu Wasserdampf durch den Übergang in den flüssigen Zustand.

Ablagerung

Hierbei handelt es sich um die direkte Umwandlung von Wasserdampf in Eis.

Advektion

Die Bewegung von Wasser durch die Atmosphäre. Ohne Advektion könnte sich Wasser, das über den Ozeanen verdunstet, nicht über dem Land ablagern.

Kondensation

Die Umwandlung von Wasserdampf in flüssige Wassertröpfchen in der Luft, wodurch Wolken und Nebel entstehen.

Transpiration

Die Abgabe von Wasserdampf aus Pflanzen und Boden an die Luft.

Versickerung

Wasser fließt unter dem Einfluss der Schwerkraft vertikal durch den Boden und das Gestein.

Plattentektonik

Über die Subduktion ozeanischer Kruste gelangt Wasser in den Erdmantel. Über den Vulkanismus gelangt das Wasser wieder an die Oberfläche.

Der Wasserkreislauf umfasst viele dieser Prozesse. ⓘ

• 

  Schematische Darstellung des Wasserkreislaufs

• 

  Natürlicher Wasserkreislauf ⓘ

Verweilzeiten

Durchschnittliche Verweilzeit in einem Reservoir

Stausee	Mittlere Verweilzeit ⓘ
Antarktis	20.000 Jahre
Ozeane	3.200 Jahre
Gletscher	20 bis 100 Jahre
Saisonale Schneedecke	2 bis 6 Monate
Bodenfeuchtigkeit	1 bis 2 Monate
Grundwasser: oberflächennah	100 bis 200 Jahre
Grundwasser: tief	10.000 Jahre
Seen (siehe Verweilzeit in Seen)	50 bis 100 Jahre
Flüsse	2 bis 6 Monate
Atmosphäre	9 Tage

Die Verweilzeit eines Stausees im Wasserkreislauf ist die durchschnittliche Zeit, die ein Wassermolekül in diesem Stausee verbringt (siehe nebenstehende Tabelle). Sie ist ein Maß für das durchschnittliche Alter des Wassers in diesem Reservoir. ⓘ

Grundwasser kann mehr als 10.000 Jahre unter der Erdoberfläche verbringen, bevor es die Erde verlässt. Besonders altes Grundwasser wird als fossiles Wasser bezeichnet. Im Boden gespeichertes Wasser verbleibt dort nur sehr kurz, da es dünn über die Erde verteilt ist und leicht durch Verdunstung, Transpiration, Flussläufe oder Grundwasseranreicherung verloren geht. Nach der Verdunstung beträgt die Verweilzeit in der Atmosphäre etwa 9 Tage, bevor es kondensiert und als Niederschlag auf die Erde fällt. ⓘ

Die großen Eisschilde - Antarktis und Grönland - speichern Eis für sehr lange Zeiträume. Eis aus der Antarktis wurde zuverlässig auf 800.000 Jahre vor der Gegenwart datiert, obwohl die durchschnittliche Verweilzeit kürzer ist. ⓘ

In der Hydrologie kann die Verweilzeit auf zwei Arten geschätzt werden. Die gängigere Methode beruht auf dem Grundsatz der Massenerhaltung (Wasserbilanz) und geht davon aus, dass die Wassermenge in einem bestimmten Reservoir in etwa konstant ist. Bei dieser Methode werden die Verweilzeiten geschätzt, indem das Volumen des Stausees durch die Geschwindigkeit geteilt wird, mit der das Wasser entweder in den Stausee eintritt oder ihn verlässt. Konzeptionell ist dies gleichbedeutend mit der Zeitmessung, wie lange es dauern würde, bis das Reservoir von einem leeren Zustand in einen gefüllten Zustand übergeht, wenn kein Wasser austreten würde (oder wie lange es dauern würde, bis das Reservoir von einem vollen Zustand in einen leeren Zustand übergehen würde, wenn kein Wasser eintreten würde). ⓘ

Eine alternative Methode zur Schätzung der Verweilzeiten, die sich bei der Datierung von Grundwasser zunehmender Beliebtheit erfreut, ist die Verwendung von Isotopentechniken. Dies geschieht im Teilbereich der Isotopenhydrologie. ⓘ

Veränderungen im Laufe der Zeit

Zeitlich gemittelter Niederschlag und Verdunstung als Funktion des Breitengrades, simuliert durch eine Aqua-Planet-Version eines atmosphärischen GCM (AM2.1 von GFDL) mit einer homogenen "Slab-Ocean"-Untergrenze (gesättigte Oberfläche mit kleiner Wärmekapazität), erzwungen durch die jährliche mittlere Sonneneinstrahlung. ⓘ

Globale Karte der mittleren jährlichen Verdunstung minus Niederschlag nach Breiten- und Längengraden ⓘ

Der Wasserkreislauf beschreibt die Prozesse, die die Bewegung des Wassers in der Hydrosphäre bestimmen. Es wird jedoch viel mehr Wasser über lange Zeiträume "gespeichert", als sich tatsächlich durch den Kreislauf bewegt. Der überwiegende Teil des Wassers auf der Erde wird in den Ozeanen gespeichert. Es wird geschätzt, dass von den 332.500.000 mi³ (1.386.000.000 km³) des weltweiten Wasservorrats etwa 321.000.000 mi³ (1.338.000.000 km³) in den Ozeanen gespeichert sind, also etwa 97 %. Man schätzt auch, dass die Ozeane etwa 90 % des verdunsteten Wassers liefern, das in den Wasserkreislauf gelangt. ⓘ

In kälteren Klimaperioden bilden sich mehr Eiskappen und Gletscher, und es sammelt sich genug des globalen Wasservorrats als Eis an, um die Mengen in anderen Teilen des Wasserkreislaufs zu verringern. In warmen Perioden verhält es sich umgekehrt. Während der letzten Eiszeit bedeckten Gletscher fast ein Drittel der Landmasse der Erde, was zur Folge hatte, dass die Ozeane etwa 122 m tiefer lagen als heute. Während der letzten globalen "Warmzeit" vor etwa 125.000 Jahren lagen die Meere etwa 5,5 m höher als heute. Vor etwa drei Millionen Jahren könnten die Meere bis zu 50 m höher gewesen sein. ⓘ

Der Klimawandel

Der wissenschaftliche Konsens, der in der Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) aus dem Jahr 2007 zum Ausdruck kommt, geht davon aus, dass sich der Wasserkreislauf im 21. Jahrhundert weiter intensivieren wird. In den subtropischen Gebieten, die bereits relativ trocken sind, werden die Niederschläge im 21. Jahrhundert voraussichtlich abnehmen, was die Wahrscheinlichkeit von Dürren erhöht. Am stärksten wird die Trockenheit in der Nähe der polwärts gerichteten Ränder der Subtropen erwartet (z. B. im Mittelmeerraum, in Südafrika, im Süden Australiens und im Südwesten der Vereinigten Staaten). Es wird erwartet, dass die jährlichen Niederschlagsmengen in äquatornahen Regionen, die im gegenwärtigen Klima eher feucht sind, sowie in hohen Breitengraden zunehmen werden. Diese großräumigen Muster sind in fast allen Klimamodellsimulationen zu finden, die von mehreren internationalen Forschungszentren im Rahmen der 4. Es gibt inzwischen zahlreiche Belege dafür, dass die zunehmende hydrologische Variabilität und der Klimawandel über den Wasserkreislauf, die Wasserverfügbarkeit, die Wassernachfrage und die Wasserzuteilung auf globaler, regionaler, gebietsbezogener und lokaler Ebene tiefgreifende Auswirkungen auf den Wassersektor haben und weiterhin haben werden. 2012 in der Zeitschrift Science veröffentlichte Forschungsergebnisse, die sich auf den Salzgehalt der Ozeane im Zeitraum 1950 bis 2000 stützen, bestätigen diese Projektion eines intensiveren globalen Wasserkreislaufs, bei dem die salzhaltigen Gebiete in diesem Zeitraum salziger und die frischeren Gebiete frischer werden:

Grundlegende thermodynamische Überlegungen und Klimamodelle deuten darauf hin, dass als Reaktion auf die Erwärmung trockene Regionen trockener und feuchte Regionen feuchter werden. Die Bemühungen, diese langfristige Reaktion in den spärlichen Oberflächenbeobachtungen von Niederschlag und Verdunstung zu erkennen, bleiben unklar. Wir zeigen, dass die Muster des Salzgehalts der Ozeane einen identifizierbaren Fingerabdruck eines sich intensivierenden Wasserkreislaufs darstellen. Die von uns seit 50 Jahren beobachteten Veränderungen des globalen Oberflächensalzgehalts in Verbindung mit den Veränderungen aus globalen Klimamodellen sind ein solider Beweis für einen intensivierten globalen Wasserkreislauf mit einer Rate von 8 ± 5 % pro Grad Oberflächenerwärmung. Diese Rate ist doppelt so hoch wie die von den Klimamodellen der gegenwärtigen Generation prognostizierte Reaktion und deutet darauf hin, dass sich der globale Wasserkreislauf in einer 2° bis 3° wärmeren Welt erheblich (16 bis 24%) intensivieren wird. ⓘ

Ein Instrument an Bord des im Juni 2011 gestarteten SAC-D-Satelliten Aquarius hat den globalen Salzgehalt der Meeresoberfläche gemessen. ⓘ

Der Rückzug der Gletscher ist ebenfalls ein Beispiel für einen sich verändernden Wasserkreislauf, bei dem die Wasserversorgung der Gletscher durch Niederschläge nicht mit dem Wasserverlust durch Schmelzen und Sublimation Schritt halten kann. Der Gletscherrückgang seit 1850 ist beträchtlich. ⓘ

Zusammenhang zwischen undurchlässigen Oberflächen und Oberflächenabfluss ⓘ

Menschliche Aktivitäten

Zu den menschlichen Aktivitäten, die den Wasserkreislauf verändern, gehören:

• Landwirtschaft
• Industrie
• Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre
• Bau von Staudämmen
• Abholzung und Aufforstung von Wäldern
• Entnahme von Grundwasser aus Brunnen
• Wasserentnahme aus Flüssen
• Verstädterung - um ihren Auswirkungen entgegenzuwirken, kann eine wassersensible Stadtplanung praktiziert werden ⓘ

Auswirkungen auf das Klima

Der Wasserkreislauf wird durch Sonnenenergie angetrieben. 86 % der weltweiten Verdunstung erfolgt aus den Ozeanen, wodurch deren Temperatur durch Verdunstungskälte gesenkt wird. Ohne diese Abkühlung würde die Wirkung der Verdunstung auf den Treibhauseffekt zu einer viel höheren Oberflächentemperatur von 67 °C (153 °F) und einem wärmeren Planeten führen. ⓘ

Die Absenkung oder Überdimensionierung von Aquiferen und das Abpumpen von fossilem Wasser erhöht die Gesamtwassermenge in der Hydrosphäre und trägt vermutlich zum Anstieg des Meeresspiegels bei. ⓘ

Auswirkungen auf den biogeochemischen Kreislauf

Während der Wasserkreislauf selbst ein biogeochemischer Kreislauf ist, ist der Fluss des Wassers über und unter der Erde eine Schlüsselkomponente für den Kreislauf anderer biogeochemischer Stoffe. Der Abfluss ist für fast den gesamten Transport von erodiertem Sediment und Phosphor vom Land in die Gewässer verantwortlich. Der Salzgehalt der Ozeane ist auf die Erosion und den Transport von gelösten Salzen vom Land zurückzuführen. Die kulturelle Eutrophierung von Seen ist in erster Linie auf Phosphor zurückzuführen, der in Form von Düngemitteln im Übermaß auf landwirtschaftliche Felder aufgebracht und dann über Land und in Flüsse transportiert wird. Sowohl der Abfluss als auch der Grundwasserfluss spielen eine wichtige Rolle beim Transport von Stickstoff aus dem Boden in die Gewässer. Die tote Zone an der Mündung des Mississippi ist eine Folge von Nitraten aus Düngemitteln, die von landwirtschaftlichen Feldern in den Golf von Mexiko gelangen. Der Abfluss spielt auch eine Rolle im Kohlenstoffkreislauf, wiederum durch den Transport von erodiertem Gestein und Boden. ⓘ

Langsamer Verlust über geologische Zeiträume

Der hydrodynamische Wind im oberen Teil der Atmosphäre eines Planeten ermöglicht es leichten chemischen Elementen wie Wasserstoff, bis zur Exobase, der unteren Grenze der Exosphäre, vorzudringen, wo die Gase dann Fluchtgeschwindigkeit erreichen und in den Weltraum gelangen können, ohne auf andere Gaspartikel zu treffen. Diese Art des Gasverlustes von einem Planeten in den Weltraum wird als Planetenwind bezeichnet. Planeten mit heißen unteren Atmosphären könnten zu feuchten oberen Atmosphären führen, die den Verlust von Wasserstoff beschleunigen. ⓘ

Geschichte der Theorie des hydrologischen Kreislaufs

Schwimmende Landmasse

In der Antike war die Vorstellung weit verbreitet, dass die Landmasse auf einem Gewässer schwimmt und dass das meiste Wasser in den Flüssen seinen Ursprung unter der Erde hat. Beispiele für diesen Glauben finden sich in den Werken von Homer (ca. 800 v. Chr.). ⓘ

Hebräische Bibel

Im alten Orient beobachteten die hebräischen Gelehrten, dass das Meer nie voll wurde, obwohl die Flüsse ins Meer flossen. Einige Gelehrte schließen daraus, dass der Wasserkreislauf in dieser Zeit in dieser Passage vollständig beschrieben wurde: "Der Wind geht gegen Süden und dreht sich nach Norden; er wirbelt immerzu, und der Wind kehrt zurück nach seinen Bahnen. Alle Ströme fließen ins Meer, und doch ist das Meer nicht voll; woher die Ströme kommen, dorthin kehren sie zurück" (Prediger 1,6-7). Die Gelehrten sind sich nicht einig, wann der Prediger entstanden ist. Die meisten Gelehrten gehen jedoch davon aus, dass er in der Zeit König Salomos, des Sohnes von David und Bathseba, vor dreitausend Jahren entstanden ist, und es herrscht Einigkeit darüber, dass der Zeitraum 962-922 v. Chr. liegt. Außerdem wurde beobachtet, dass die Wolken, wenn sie voll waren, Regen auf die Erde fallen ließen (Prediger 11:3). In den Jahren 793-740 v. Chr. erklärte der hebräische Prophet Amos, dass Wasser aus dem Meer kommt und auf die Erde ausgegossen wird (Amos 5:8). ⓘ

Im biblischen Buch Hiob, das auf das 7. bis 2. Jahrhundert v. Chr. datiert wird, wird der Niederschlag im Wasserkreislauf beschrieben: "Denn er macht die Wassertropfen klein; sie gießen Regen nach ihrem Dunst, den die Wolken reichlich auf die Menschen fallen lassen und destillieren" (Hiob 36:27-28). ⓘ

Niederschlag und Versickerung

Im Adityahridayam (einer Hymne an den Sonnengott) des Ramayana, einem hinduistischen Epos aus dem 4. Jahrhundert v. Chr., wird im 22. Vers erwähnt, dass die Sonne das Wasser erwärmt und als Regen herabsendet. Um etwa 500 v. Chr. vermuteten griechische Gelehrte, dass ein Großteil des Wassers in den Flüssen auf Regen zurückzuführen ist. Auch der Ursprung des Regens war zu diesem Zeitpunkt bereits bekannt. Diese Gelehrten hielten jedoch an dem Glauben fest, dass das aus der Erde aufsteigende Wasser einen großen Teil des Wassers in den Flüssen ausmacht. Beispiele für dieses Denken waren Anaximander (570 v. Chr.) (der auch über die Entwicklung der Landtiere aus Fischen spekulierte) und Xenophanes von Kolophon (530 v. Chr.). Chinesische Gelehrte wie Chi Ni Tzu (320 v. Chr.) und Lu Shih Ch'un Ch'iu (239 v. Chr.) hatten ähnliche Gedanken. Die Idee, dass der Wasserkreislauf ein geschlossener Kreislauf ist, findet sich in den Werken von Anaxagoras von Clazomenae (460 v. Chr.) und Diogenes von Apollonia (460 v. Chr.). Sowohl Platon (390 v. Chr.) als auch Aristoteles (350 v. Chr.) spekulierten über Versickerung als Teil des Wasserkreislaufs. Aristoteles stellte in seinem Buch Meteorologie die korrekte Hypothese auf, dass die Sonne eine Rolle im Wasserkreislauf der Erde spielt, indem er schrieb: "Durch sie [die Sonne] wird das feinste und süßeste Wasser jeden Tag nach oben getragen, löst sich in Dampf auf und steigt in die oberen Regionen, wo es durch die Kälte wieder kondensiert und so zur Erde zurückkehrt", und glaubte, dass Wolken aus abgekühltem und kondensiertem Wasserdampf bestehen. ⓘ

Der Niederschlag allein

Bis zur Renaissance war man der Ansicht, dass der Niederschlag allein nicht ausreicht, um die Flüsse zu speisen und den Wasserkreislauf zu vervollständigen, und dass das unterirdische Wasser, das aus den Ozeanen nach oben drängt, den Hauptbeitrag zum Flusswasser leistet. Bartholomäus von England vertrat diese Ansicht (1240 n. Chr.), ebenso wie Leonardo da Vinci (1500 n. Chr.) und Athanasius Kircher (1644 n. Chr.). ⓘ

Der erste veröffentlichte Denker, der behauptete, dass der Niederschlag allein für die Aufrechterhaltung der Flüsse ausreicht, war Bernard Palissy (1580 n. Chr.), der oft als "Entdecker" der modernen Theorie des Wasserkreislaufs angesehen wird. Die Theorien von Palissy wurden erst 1674 in einer Studie, die gemeinhin Pierre Perrault zugeschrieben wird, wissenschaftlich überprüft. Selbst dann wurden diese Überzeugungen bis zum Beginn des neunzehnten Jahrhunderts nicht von der etablierten Wissenschaft akzeptiert. ⓘ

Grundgleichung des Wasserkreislaufs

Stark vereinfacht lässt sich der Wasserkreislauf mit folgender Grundgleichung beschreiben:

${\displaystyle }$ ⓘ

Der Eintrag durch Niederschläge N resultiert in Abfluss A und Verdunstung V. Die hier genutzte Darstellung ist jedoch nur ein vereinfachtes Beispiel einer Wasserhaushaltsgleichung. ⓘ

Wasser auf anderen Himmelskörpern

Nach Meinung einiger Wissenschaftler findet sich Wasser mit hoher Wahrscheinlichkeit auch auf anderen Himmelskörpern des Sonnensystems wie dem Mars. ⓘ

Der Kreislauf des Wassers wird allgemein als Voraussetzung für das Leben angesehen. ⓘ

Geschichte

Der Kreislaufcharakter des Wassers wurde schon früh erkannt oder zumindest erahnt. Das damit in Zusammenhang stehende Prinzip lautet „panta rhei“ – alles fließt. Auch in der Bibel wird schon mehrmals auf den Wasserkreislauf Bezug genommen bzw. extreme Niederschläge in der Sintflut beschrieben. ⓘ

Verschiedene Theorien zum Wasserkreislauf und dessen Antrieb:

• meteorogener Wasserkreislauf: Theorie zum Wasserkreislauf nach heutigem Verständnis, welche wahrscheinlich von Xenophanes begründet wurde und unter anderem Diogenes von Apollonia und Hippokrates von Kos als frühe Vertreter besitzt.
• Theorie des Salzwasseraufstiegs: Umkehrung der Strömungsrichtung des meteorogenen Wasserkreislaufes, nachdem die Erde auf dem Wasser der Meere ruht und dieses alle oberirdischen Quellen speist. Diese Theorie wurde von Thales begründet und hatte Hippon und Platon als frühe Vertreter.
• Theorie der Wasserentstehung aus der Luft: Das Wasser entsteht aus der Luft (Effekt der Kondensation) und würde über den Niederschlag die Quellen der Flüsse speisen. Diese Theorie wurde von Aristoteles entwickelt und stellte die maßgebende Lehrmeinung bis in das frühe 17. Jahrhundert dar. ⓘ