Wasserkörper

Wasser bedeckt 70% der Erdoberfläche. [picture globe] Die größten Wasserkörper sind die Ozeane, wobei alle anderen Körper sich unter anderem in Gletschern, Polkappen, Grundwasser, Süßwasser und atmosphärischem Wasser aufteilen lassen. Genau genommen bestehen 97% all unserer Wasserressourcen aus Salzwasser, 2% ist in Gletschern und Polkappen gebunden und nur 1% besteht aus flüssigem Süßwasser. Von diesen 1% sind wiederum 97% im Grundwasser gespeichert, oft tief unter vielen Erdschichten. Das übrige Süßwasser findet sich in Flüssen und Seen und ist mehr oder weniger direkt für den Menschen nutzbar. Lediglich 0.001% allen Wassers befindet sich in der Atmosphäre.

Ozeane – Die Ozeane der Erde sind die größten und offensichtlichsten vorhandenen Wasserspeicher. Auch wenn alle Ozeane miteinander verbunden sind, werden diese allerdings geopolitisch in 5 Ozeane unterschieden: den Pazifischen, Atlantischen, Indischen, Arktischen und Südlichen Ozean. Sie bilden einen vitalen Teil unseres Ökosystems und umfassen die höchste Artenvielfalt, von Haien über Phytoplankton, bis zu Quallen und nicht zu vergessen gibt es noch die Korallenriffe, die als selbstständiger Organismus gesehen werden können.
Ozeane sind Mitverursacher der Winde und klimatischer Muster und sind für 90% der kompletten Sauerstoffproduktion auf der Erde verantwortlich, ein Prozess der hauptsächlich durch das Phytoplankton übernommen wird. Und noch immer gibt es grenzenlos unerforschte Bereiche in den Ozeanen, da die Hälfte der Ozeane Tiefen von über 3000 m aufweisen und somit fast ausnahmslos unzugänglich sind. Der tiefste Punkt ist der Mariannengraben im Pazifik, östlich der Philippinen und Japan. Im Jahre 1960 erreichten John Wolsh und Jacques Piccard als erste und einzige Menschen den Boden des Grabens, mit einer maximalen Tiefe von 10.923 m.

Eis – Nach den Ozeanen bilden die Polkappen und Gletscher die zweitgrößte Kategorie. Dies bedeutet, dass ein enormer Anteil des Wasser auf der Erde in Form von Eis gespeichert ist. Allerdings ist dies auch nicht verwunderlich, wenn man die unendlichen Eismassen in der Antarktis berücksichtigt. Die Eisschicht der Antarktis ist die bei weitem größte Eismasse und bedeckt eine Oberfläche von beinahe 14 Millionen km². Zum Vergleich genommen bedecken die USA und Europa lediglich 10 Millionen km². Einschließlich des Packeises, beinhaltet das Eis der Antarktis eine solche große Masse, dass sich der Meeresspiegel beim Schmelzen um 60m erhöhen würde. Die anderen zwei größten Eisspeicher bilden der Nordpol und Grönland. Der Nordpol ist im Prinzip eine dicke Eisschicht, die auf dem Meer schwimmt. Im Durchschnitt beträgt dessen Dicke 2-3 m. Die Eisschicht auf Grönland bedeckt den größten Teil des Festlandes mit einer Gesamtfläche von 1.755.637 km². Obwohl Grönland kleiner als die Antarktis ist, nimmt es ein fünftel der Gesamtfläche Europas ein. Andere kleinere Eiskörper bilden die Gletscher und mit Eis bedeckten Gipfel hoher Berge und den weiten des arktischen Festlandes.

Grundwasser – Ein großer Teil des Wassers ist unterirdisch gespeichert. Die Größe der Grundwasserreserven wird oft unterschätzt, da es für das menschliche Auge unzugänglich ist. Nichtsdestotrotz, bleibt es der Ort an dem das meiste Süßwasser gespeichert ist, mit einer in etwa gleich großen Masse an unterirdisch gespeichertem Salzwasser. Die einfachste Definition für Grundwasser ist: „Wasser, das unter der Erde gespeichert ist“. Wasser, das in den Boden sickert, füllt den Raum zwischen den Erdpartikeln auf. Dies wird augenscheinlich beim Graben eines Lochs, bei dem sich der Boden des Lochs ab einem bestimmten Punkt, unwiederbringlich mit Grundwasser füllt. Diese Tiefe ist der Grundwasserspiegel, bei dem alles darunterliegende Erdreich mit Wasser gesättigt ist. Der Grundwasserspiegel teilt die Oberfläche zwischen Atmosphäre und Wasser. Die Tiefe des Grundwasserspiegels ist meistens auf die Erdoberfläche oder den Meeresspiegel bezogen, und in den Niederlanden auf den sogenannten NAP, den Amsterdamer Normalpegel.

Der Grundwasserspiegel, ist die Obergrenze des Grundwassers. Die Untergrenze ist definiert als der Bereich, bei dem das Wasser noch gerade in unterirdischen Kanälen zirkuliert. Die darunterliegende Schicht wird auch als Grundwassernichtleiter bezeichnet oder undurchdringliche Basis. Obwohl noch unter dieser Wasser vorkommen kann, wird das darunterliegende Wasser nicht mehr zum Grundwasser gerechnet und wird daher oft nicht berücksichtigt. Zwischen dem Grundwasserspiegel und der Grundwassernichtleiter können verschiedene Erdschichten vorkommen in denen Wasser gespeichert ist. Manche Erdschichten können sehr viel Wasser aufnehmen, während andere kaum Wasser zu speichern vermögen. Eine Wasser speichernde Schicht ist eine poröse und durchlässige Schicht  die große Mengen Wasser speichern kann. Die Grenzen einer Grundwasserleier sind entweder die Oberfläche oder andere Erdschichten die weniger gut durchlässig sind. Grundwasserleitern bei denen das Wasser direkt zur Oberfläche und auch in entgegen gesetzter Richtung fließen kann werden auch als Artesische Brunnen bezeichnet. Wasser, das keinen direkten Zugang zur Oberfläche hat und z.B. unter undurchdringbaren Schichten liegt, wird als Schichtenwasser bezeichnet. Einige der tiefsten Grundwasserleitern liegen Hunderte Meter unterhalb der Oberfläche und führen fossiles Wasser. Dieses Wasser erhält seinen Namen, da es seit Jahrtausenden in diesen Schichten überdauert hat.

Die Morphologie und Dynamik von Flüssen ist faszinierend und obwohl das Bewegen des Wassers chaotisch und willkürlich scheint, ist es beim genauen Hinsehen überraschend gut strukturiert. Einer dieser strukturellen Glanzstücke ist die Dendritenstruktur und die damit verbundenen geomorphologischen Gesetze von Horton.

  • Die Fließrichtung vieler Flüsse folgt einer Dendritenstruktur. Dies ist ein Transportsystem, das oft in der Natur vorkommt, z.B. in Bäumen, in Blutgefäßen, im Blitzschlag und in den Lungen. Es ist die effizienteste Art und Weise um Güter zu transportieren. Basierend auf wissenschaftlicher Konformität sind die Verzweigungen ortsgebunden arrangiert.  Die äußeren Arme werden als 1. Ordnung definiert. Sobald zwei Arme dieser 1. Ordnung zusammentreffen, bilden sie einen Strom zweiter Ordnung. Ein Arm zweiter Ordnung, der mit einem Arm 1. Ordnung zusammentrifft, bleibt dabei ein Arm 2. Ordnung. Wenn allerdings 2 Arme 2. Ordnung wiederum zusammentreffen, wird dies als Arm 3. Ordnung beschrieben. Dies ist in der Grafik auf der rechten Seite dargestellt [picture]. Die zu Grunde liegende Struktur ist unabhängig von der Größe des Systems; es sind die gleichen Muster, die z.B. einem Bach im Garten folgt oder den Meeresströmungen in den Ozeanen.
  • Die geomorphologischen Gesetze von Horton beschreiben die universellen Eigenschaften der Dendritenstrukturen. Das erste geomorphologische Gesetz von Horton beschreibt die Anzahl der Arme einer bestimmten Ordnung eines Dendritensystems. Anscheinend gibt es eine perfekte Beziehung zwischen der Anzahl der Arme einer Ordnung und der Anzahl der Arme einer höheren Ordnung. Dies wird als Bifurkationsnummer bezeichnet. Wenn z.B. die Bifurkationsnummer eines Flusssystems bei 3 liegt und es insgesamt 9 Arme dritter Ordnung gibt, folgt hieraus, dass es 3 Arme zweiter Ordnung geben muss und ein Arm erster Ordnung. Weltweit liegt das Spektrum der Bifurkationsnummern zwischen 3 und 5, was unglaublich klein ist für etwas was so willkürlich erscheint. Die Bifurkationsnummer für Blutgefäße liegt z.B. bei 3,4, und für Blitze ist diese 3,2. Unabhängig von der Bifurkationsnummer, gibt es ähnliche Muster in den anderen Gesetzen von Horton, z.B. die gemittelte Länge jeder Ordnung, die gemittelte Steigung und die gemittelte Größe des Drainagegebiets.
  • Dies ist nur ein Beispiel von Flussstrukturen; auch andere Phänomene wie das Mäandern von Flüssen, Sedimentablagerung, Drainagegebiete und Flussbettprofile können geradezu perfekt erklärt werden durch wissenschaftliche Logik.

Atmosphärisches Wasser - Obwohl die totale Menge des atmosphärischen Wassers relativ klein ist, versorgt es das gesamte Oberflächenwasser- und die Grundwasserreserven durch Niederschläge. Darüber hinaus hat es auch eine schützende Funktion; Wolken reduzieren Hitze- und Kälteextreme, die das Leben für die meisten Lebewesen auf der Erde erträglich macht. Da Niederschläge für das Leben auf der Erde so essentiell sind, gibt es verschiedene Bezeichnungen für die unterschiedlichen Formen. Auch wenn Regen rund um den Globus die meist vorkommende Form des Niederschlags ist, können andere Phänomene sehr beeindruckend sein, wenn man sie zum ersten Mal zu Gesicht bekommt, wie z.B. Hagel, Schnee, Nebel oder morgendlicher Dunst. In vielen afrikanischen Ländern, ist und bleibt Schnee ein außergewöhnliches Phänomen. Die Kombination von Sonnenlicht und atmosphärischem Wasser lässt faszinierende Himmelsfarben und Sonnenuntergänge entstehen, das jeden Menschen in einem gewissen Grade inspiriert. Und natürlich zu guter Letzt, wird beim Übergang zwischen Regen- und Sonnenschein durch das Einwirken der Wassertropfen in der Luft, alle Farben unseres visuellen Spektrums gebrochen und für uns sichtbar in der Form eines Regenbogens.