Wie lange reicht die Ressource Wasser? · Es gibt keine goldenen Weg! Aber mehrere Optionen bis 2050: • Ausweitung der Bewässerung: möglich auf bis zu etwa 150 % der heutigen

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Mut zur Nachhaltigkeit BoKu Wien 10.12.09

Wie lange reicht die Ressource Wasser?

Prof. Dr. Wolfram MauserLudwig-Maximilians-Universität München


Globale Wasserknappheit 2025

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Die Erde ist der Wasserplanet

OceanSalzwasser

96.5%Eisschilde

und Gletscher

1.77%

Grundwasser1.7%

3.5%

Bodenwasser,Feuchtgebiete,

Permafrost,und

Flüsse0.03%

0.03%Atmosphäre0.001%


Komponenten des Wasserkreislaufs

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Der Wasserkreislauf ist dynamisch


Die Biosphäre folgt dem Regen

0.01 0.05 0.2 0.5 1. 2. 3. 5. 10. 20. 50.Ocean: Chlorophyll a Concentration [mg/m³]

Maximum MinimumLand: Normalized Difference Vegetation Index





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Die Biosphäre steuert den C-Kreislauf

Die Verteilung der Netto-Primärproduktion:in g C/m²

CO2-Konzentration in der Atmosphäre inAbhängigkeit von Breitenkreis und Zeit:•Differenz Nord- und Südhalbkugel•Allgemeiner Anstieg der Konzentration


Beide steuern die Temperatur der Erde!

Ohne Leben besitzt die Erde wegen ihrer Wasservorkommens zwei stabile Zustände:1. bei etwa -80 Grad Durchschnittstemperatur2. bei etwa +320 Grad DurchschnittstemperaturDas Leben hat einen dritten, empfindlichen Gleichgewichtszustand geschaffen:3. bei etwa +15 Grad Durchschnittstemperatur

C*dT/dt = - dU/dT mit

U(T) = I*a(T) – s*T4*b(T)

C = Wärmekapazität der OberflächeI = Sonneneinstrahlungs*T4 = langwellige Emission1-a(T) = planetare Albedo1-b(T) = planetarer Treibhauseffekt

Gorshkov et.al.(2000)

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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->


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)

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3X

3

Grüner Wasserstromin die Atmosphäre

Blauer Wasserstrom in Flüssen/Seen

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Wasser und die Menschen

Menschen leben dort, wo es Wasser gibt!

Niederschlag [mm/a] Bevölkerungsdichte [pro km²]


Bevölkerungswachstum

1. Wir werden mehr – Wachstum mit Grenzen?07/01/09 6,768,167,712 08/01/09 6,774,705,647 09/01/09 6,781,243,583 10/01/09 6,787,570,618 11/01/09 6,794,108,55412/01/09 6,800,435,588 01/01/10 6,806,973,524 02/01/10 6,813,511,460 03/01/10 6,819,416,692 04/01/10 6,825,954,628 05/01/10 6,832,281,663 06/01/10 6,838,819,599 07/01/10 6,845,146,634

2009:Zeitschritt Geburten Todesfälle Zunahme-------------------------------------------------------------Jahr 134,434,533 56,622,740 77,811,793 Monat 11,202,878 4,718,562 6,484,316 Tag 368,314 155,131 213,183 Stunde 15,346 6,464 8,883 Minute 256 108 148 Sekunde 4.3 1.8 2.5 ------------------------------------------------------------- /

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Wie nutzt der Mensch das grüne Wasser?


Wie nutzt der Mensch das grüne Wasser?

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Fazit:• Landnutzungsänderungen finden zur Sicherung der

Nahrungsmittelproduktion statt• Sie bestehen fast ausschließlich in Entwaldung zugunsten von

Ackerland

• Sie haben fast ausschließlich dazu geführt, dass der Fluss an grünemWasser reduziert und der Fluss an blauem Wasser vergrößert wurde.

-> Reduzierung der Dienstleistungen des Lebenserhaltungssystems zugunsten der Nahrungsmittelproduktion

Wie verändert der Mensch die Nutzung des grünen Wassers?

Land

nutz

ung


Grünes Wasser und Landwirtschaft

Wasser und CO2 benutzen die gleichen Diffusionspfade

enge Beziehung zwischen grünem Wasserstrom und Kohlenstofffixierung

400 – 700Roggen

250 – 550Weizen

300 – 400Mais

400 – 600Hafer

350 – 450Zuckerrübe

250 – 500Kartoffel

Transpirationskoeffizient (l/kg Trockenmasse)

Nutzpflanze

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Ertragssteigerung im Getreideanbau

Resultat von Sortenwahl, Düngung und Pestiziden


Ertragssteigerung im Getreideanbau

Die Produktionssteigerung hat im Wesentlichen mit dem Bevölkerungswachstum Schritt gehalten …oder….Die Produktionssteigerung wurde im Wesentlichen vom Bevölkerungswachstum aufgezehrt

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Stickstoff als Treiber des Wasserkreislaufs heute

• In der Natur herrscht Nährstoffmangel, der Mensch tut alles, um ihn zu beheben!

• ca. 70% des globalen Stickstoffkreislauf wird z.Zt. vom Menschenbestimmt

• Spielregeln geändert: von Stabilität nach Prodiktivität

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

Green (2002)


Wie nutzt die Erde das Wasser?

Das Konzept des grünen und blauen Wassers

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

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 Literpflanzlich

2300 Litertierisch

Die globale Wasserknappheit steht in enger Beziehung zur Frage der Nutzunggrünen Wassers für die Nahrungsmittelproduktion!!


Erstes Fazit

Wir nutzen heute global:mehr als 9000 km³/a Verdunstungswasser durch die agrarischen Nutzpflanzen.Davon werden:

• 2500 km³/a im Bereich der Bewässerungslandwirtschaft• 6900 km³/a im Bereich des Regenfeldbaus

genutzt

• Das macht, wenn man es durch die Bevölkerung der Erde dividiert einen grünen Wasserverbrauch von :

1200 m³/a und Person

• Das steht in Beziehung zu ca.

36 m³/a und Person

an blauem Wasserverbrauch.

Die Frage, ob Wasser knapp wird oder ist, ist also eine Frage, ob grünes Wasser knapp wird!

Fazi

t

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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 Nahrungsmittelngebraucht wird, wird als “virtuelles Wasser” bezeichnet

900 l => 1 kg

16 000 l => 1 kg


Virtuelles Wasser in Produkten

80001 Paar Schuhe

24001 Hamburger (150 g)

1401 Tasse Kaffee (125 ml)

751 Glas Bier (250 ml)

251 Kartoffel (100 g)

101 Tomate (70g)

Gehalt an virtuellem Wasser [Liter]

Produkt

155001300Global

11681619Niederlande

211672421Italien

377621066Mexiko

11019734Japan

169611616Brasilien

171121588Australien

14818-Indonesien

210282375Russland

164821654Indien

12560690China

13193849USA

Rind[l/kg]

Getreide[l/kg]

Land

Fazit:• Wenns nach dem virtuellen Wasser

geht ist ein Glass Bier allemalbesser als eine Tasse Kaffee!

• Für den Gehalt an virtuellemWasser ist es wichtig wo (und wie) Nahrung produziert wird!

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Warum steigt der virtuelleWasserverbrauch?

Der Verbrauch an virtuellem Wasser ist eng verbunden mit Lebensstilen und Essgewohnheiten

500Indien

700China

1700Deutschland

2400USA

Verbrauchgrünen Wassers

[m³/P/Jahr]

Land

Jahr

Restaurants

Länder

Anz

ahl d

er M

cDon

alds

Res

taur

ants

wel

twei

t Anzahl der Länder m

it McD

onalds Restaurants

Jahr

Restaurants

Länder

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t Anzahl der Länder m

it McD

onalds Restaurants


Wie stark sind wir heute vom Handel mitvirtuellem Wasser abhängig?

82164Niederlande734.61.7Jordanien705122UK649452Japan536760Deutschand363460Spanien304298Mexiko22931Südafrika191356Ägypten1028242Indonesien

Abhängigkeit vomImport grünen

Wassers %

Externer GrünerWasser-Verbrauch

(109 m³/yr)

Interner GrünerWasser-Verbrauch

(109 m³/yr)

Land

Handel mit realen Produkten ist zugleich Handel mit virtuellem Wasser

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Was bringt die Zukunft?

Szenarien zukünftiger Entwicklung bis 2050:

• Anwachsen der Erdbevölkerung auf 9.5 Milliarden Menschen

• Mehr Autos

• 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 in China und Indien mit Erhöhung des Fleischkonsums in China und Indien


Zukunftsperpektive Land:knapp und ist nicht vermehrbar!

• Wo liegt das Dilemma?

• 70 Mio. mehr Menschen pro Jahr auf der Erde brauchen jedes Jahr 3 Mio. Hektar mehr Landwirtschaftsfläche. Bis 2050 sind das ungefähr120 Mio. Hektar mehr. Das ist doppelt so viel, wie die gesamteAgrarfläche der EU.

• Jedes Auto braucht zwischen 0.07 Hektar (USA) und 0.02 Hektar(Europa, Indien) zum Parken und zum Fahren.

• Eine Million neue Autos (z.B. in Indien) verwandeln 20 000 Hektar Land in versiegelte Flächen, verhindern damit 75 Mio m³ Verdunstung von grünem Wasser pro Jahr damit 50 000 Tonnen Weizen.

• Mit 50 000 Tonnen Weizen kann man ungefähr 250 000 Menschenernähren.

• Hochgerechnet werden bis 2050 weitere 60 Mio. Hektar Land für Autos gebraucht, die gesamte Landwirtschaftsfläche der EU.

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Zukunftsperpektive Land:knapp und ist nicht vermehrbar!

• Wo liegt das Dilemma?

• 70 Mio. mehr Menschen pro Jahr auf der Erde brauchen jedes Jahr 3 Mio. Hektar mehr Landwirtschaftsfläche. Bis 2050 sind das ungefähr120 Mio. Hektar mehr. Das ist doppelt so viel, wie die gesamteAgrarfläche der EU.

• Jedes Auto braucht zwischen 0.07 Hektar (USA) und 0.02 Hektar(Europa, Indien) zum Parken und zum Fahren.

• Eine Million neue Autos (z.B. in Indien) verwandeln 20 000 Hektar Land in versiegelte Flächen, verhindern damit 75 Mio m³ Verdunstung von grünem Wasser pro Jahr damit 50 000 Tonnen Weizen.

• Mit 50 000 Tonnen Weizen kann man ungefähr 250 000 Menschenernähren.

• Hochgerechnet werden bis 2050 weitere 60 Mio. Hektar Land für Autos gebraucht, die gesamte Landwirtschaftsfläche der EU.

Dallas/Fort Worth 1983 1993 2003


Zukunftsperspektive Wasser

13 900Total3 900Nahrungsmittel für 3 Milliarden Menschen2 200Auslöschung des Hungers7 800Nahrungsmittelversorgung heute

Grüne Wasserflüsse weltweit2050

[km³/Year]

Zweck

Wenn im Jahr 2050

• jeder Mensch genügend zu Essen und sauberes Trinkwasser haben soll• und sich gleichzeitig die Konsumgewohnheiten in den industrialisierten

Ländern nicht ändern• und die Art, wie wir Nahrungsmittel produzieren nicht ändert

dann brauchen wir 6000 km³ mehr grünes Wasser pro Jahr

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:

Keine wirkliche Option, weil fast alles schon genutzt wird!


Auf einer Erde, die nicht größer wird besteht der Kernkonflikt im globalenund regionalen Wassermanagement zwischen:

• einer notwendigen Erweiterung der Nahrungsmittelproduktion zur Sicherung der Existenz der Menschen auf der Erde

• dem Schutz der Wasserressourcen für die natürlichen Ökosysteme zur Sicherung der Funktionstüchtigkeit des Lebenserhaltungssystems der Erde

Mehr grünem Wasser für eine erweiterte Landwirtschaft beiGesichertem blauen Wasser für die aquatischen Ökosysteme

Die Antwort der Vergangenheit:„Flächenausweitung“

geht nicht mehr!

Zweites Fazit

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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

• Wasser effizienter nutzen:

– More crop per drop = Reduzierung der Wasserverluste in derLandwirtschaft durch verbesserte Produktionsweisen

– Verbesserte Wassernutzungseffizienz der Pflanzen durchZüchtung (genetisch oder konventionell)

– Wasser sparen durch den Handel mit virtuellem Wasser– Änderung der Lebensstile und Konsummuster


More Crop per Drop

Gewaltige Potentiale für Effizienzsteigerung:

• Weltweit 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 bei 20 Tonnen pro Hektar

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Handel mit virtuellem Wasser spartreales 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!


Ein paar Gedanken

Wassernutzung in einer globalisierten Welt: effizient, nachhaltig undgerecht

• Das globale Umgang mit den Wasserressourcen ist z.Zt. nicht nachhaltig! • Der globale Wasserkreislauf würde zusammen brechen, wenn jeder Menschauf der Erde

das Wasser wie ein Europäer oder Amerikaner nutzen würde (USA: 2400 m³/Jahr, China: 700 m³/Jahr)

• Der Handel mit virtuellem Wasser kann dazu beitragen, Wasserresssoucen in den Trockengebieten zu schützen (z.B. Jordanien, das 4x so viel virtuelles Wasser importiert, wie es auf seinem eigenen Staatsgebiet verbraucht)

• Allerdings: der Schutz der Naturressourcen erzeugt eine erhöhte Abhängigkeit von importierten Wasser (z.B. virtuelles Wasser für reales Öl im Sudan und im Tschad!)

• Die Abhängigkeit von importiertem virtuellem Wasser steigt in den Industrieländern durchwasserintensive Lebensstile (Deutschland importiert 53% des verbrauchten virtuellenWassers)

• Dabei ist das eigentliche Problem für die Nachhaltigkeit: die Schäden bei der Nutzungvon virtuellem Wasser zur Erzeugung von importierten Futtermitteln entstehen in Regionen, von denen wir keine Ahnung haben (Externalisierung).

• Der beste Schutz der regionalen Wasserressourcen in den Trockengebieten ist Import von Nahrungsmitteln und Export von Energie d.h. Intensivierung des Welthandels

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Ein paar Notwendigkeiten für die Zukunft

Wassernutzung in einer globalisierten Welt: effizient, nachhaltig undgerecht

Wir brauchen globale institutionelle Übereinkommen um:

• die Kleinfarmer weltweit darin zu unterstützen, grünes Wasser zu sparen

• uns auf auf den maximale zulässgen nachhaltigen Wasserverbrauch pro Person zueinigen,

• uns auf eine globale Preispolitik für Wasser zu einigen. Sie muß die vollen Kosten fürdie Wassernutzung abdecken (Investitionen, Betrieb, Wartung, Wasserknappheitsaufschläge, Kosten für Umweltschäden)

• auf minimale Wasserrechte für jeden Menschen zu einigen:

– Zugang zu sauberem Drinkwasser– Minimaler Anteil an den grünen Weltwasserreserven für jeden Menschen

• auf handelbare Wasser-Verbrauchsrechte zu einigen


Drittes Fazit

Wie wertvoll ist Wasser?

Ein intakter globaler wie regionaler Wasserkreislauf und ein daraufaufbauendes funktionierendes Lebenserhaltungssystem der Erde istökonomisch so „wertvoll“, wie

• Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen Sauerstoff-Maschine • Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen CO2-Fress-Maschine • Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen Denitrifizierungs-Maschine• ...... • .....• ..

Wie lange reicht die Ressource Wasser?• bei funktionierendem Lebenserhaltungssystem der Erde ewig!• Voraussetzung: wir lernen als Teil der Erde mit dem Wasserkreislauf und

seiner Begrenzung umzugehen

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Danke für die Aufmerksamkeit!

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