Unter unseren Füßen

Unter unseren Füßen liegt eine Welt voller Wasser

Süßwasser stellen wir uns gern als etwas vor, das an der Oberfläche fließt – in Flüssen, Seen und Quellen. Tatsächlich befindet sich eine gewaltige Menge Süßwasser unter unseren Füßen.

Wenn Regen fällt, fließt ein Teil oberirdisch ab, ein Teil verdunstet, ein weiterer Teil wird von Pflanzen aufgenommen. Der Rest kann langsam durch Boden und Gestein versickern.

Erreicht das Wasser durchlässige Schichten, deren Poren und Risse sich mit Wasser füllen können, speist es einen Grundwasserleiter. Dabei handelt es sich meist weder um einen verborgenen Fluss noch um eine riesige wassergefüllte Höhle, sondern um Sand, Kies oder zerklüftetes Gestein, dessen Zwischenräume gesättigt sind – wie ein gewaltiger mineralischer Schwamm im Untergrund.

Eine freie Grundwasseroberfläche bezeichnet genauer einen Grundwasserleiter, dessen oberer Bereich der Grenze zur gesättigten Zone entspricht.

Rund 30 % des terrestrischen Süßwassers befinden sich unter der Erde in Grundwasser und Aquiferen. Der größte Anteil – fast 69 % – ist in Gletschern und Eiskappen gebunden. Seen und Flüsse machen nur einen winzigen Bruchteil aus.

Manches Grundwasser wird durch Niederschläge schnell erneuert. Anderes bewegt sich äußerst langsam und kann Tausende oder sogar Millionen Jahre isoliert bleiben. Von fossilem Wasser spricht man häufig, wenn es unter früheren Klimabedingungen gespeichert wurde und sich heute kaum noch erneuert.

Eine Quelle ist dabei nicht der geheimnisvolle Ursprung dieses Wassers. Sie ist der Ort, an dem unterirdisch zirkulierendes Wasser auf natürliche Weise an die Oberfläche tritt.

III. Ist Quellwasser automatisch trinkbar?

Nein. Und das ist wahrscheinlich eine der hartnäckigsten Vorstellungen.

Quellwasser kann durch belastete Böden fließen, Nitrat aus der Landwirtschaft aufnehmen, natürlich im Gestein vorhandene Stoffe lösen oder durch Mikroorganismen verunreinigt werden, wenn sein Umfeld schlecht geschützt ist.

Die Natur filtert vieles. Böden können einen Teil der Partikel und manche Mikroorganismen zurückhalten. Aber ein Boden ist weder eine Wasseraufbereitungsanlage noch eine absolute hygienische Garantie.

Deshalb darf eine wilde Quelle, so klar und kühl sie auch erscheint, nicht automatisch als Trinkwasser betrachtet werden.

Die Klarheit des Wassers beweist nichts. Manche gefährlichen Verunreinigungen sind vollkommen unsichtbar, geschmacks- und geruchlos.

Leitungswasser wird analysiert und je nach Herkunft vor der Verteilung entsprechend aufbereitet. Auch abgefülltes Wasser unterliegt genauen hygienischen Anforderungen.

Klares Wasser kann also ungeeignet zum Trinken sein. Und einwandfreies Trinkwasser kann von Natur aus Mineralien enthalten, die seinen Geschmack beeinflussen.

IV. Was das Wasser auf seiner Reise mitnimmt

Wenn Wasser in den Untergrund sinkt, reist es nicht nur. Es tritt mit dem Gestein in Wechselwirkung.

Regenwasser ist von Natur aus leicht sauer, unter anderem weil es gelöstes Kohlendioxid enthält. Auf seinem Weg durch den Boden und geologische Formationen kann es kleine Mengen der Stoffe lösen, denen es begegnet: Calcium, Magnesium, Hydrogencarbonat, Sulfat, Natrium, Siliziumverbindungen und viele andere.

Deshalb können zwei Grundwasservorkommen in verschiedenen Regionen Wasser mit sehr unterschiedlicher Zusammensetzung hervorbringen.

Wasser, das durch Kalkgestein zirkuliert, nimmt häufig Calcium und Hydrogencarbonat auf. Wasser aus vulkanischem Gestein, Granit oder Sandstein hat eine ganz andere Zusammensetzung.

So trägt jedes Wasser eine Art geologischen Fingerabdruck seiner Reise durch den Untergrund.

V. Quellwasser und natürliches Mineralwasser: ein wichtiger Unterschied

Beide stammen aus dem Untergrund. Doch sie entsprechen nicht genau denselben Definitionen.

Quellwasser ist unterirdisches Wasser, das von Natur aus für den menschlichen Verzehr geeignet, vor Verunreinigung geschützt und an der Quelle abgefüllt wird. Es muss unter anderem mikrobiologische und hygienische Anforderungen erfüllen.

Natürliches Mineralwasser stammt ebenfalls aus geschützten unterirdischen Vorkommen. Es zeichnet sich insbesondere durch die Beständigkeit seiner wesentlichen Eigenschaften aus, darunter seine mineralische Zusammensetzung.

Das Wort „Mineralwasser“ enthält übrigens eine kleine Überraschung: Es bedeutet nicht zwangsläufig „besonders mineralstoffreich“.

Es gibt natürliches Mineralwasser mit sehr geringem Mineralstoffgehalt.

„Mineralwasser“ bezeichnet daher vor allem unterirdisches Wasser mit anerkannter Herkunft und stabilen Eigenschaften – nicht Wasser, das zwingend sehr viel Calcium, Magnesium oder andere Salze enthält.

VI. Warum ist Wasser in manchen Regionen so kalkhaltig?

Weil Wasser nicht überall durch dieselben Gesteine fließt.

Die Wasserhärte hängt vor allem vom Gehalt an Calcium und Magnesium ab und spiegelt damit zu einem großen Teil die Geologie der durchflossenen Schichten wider.

In einer Kalkregion löst Wasser nach und nach calciumhaltige Verbindungen und wird „härter“. In anderen Gesteinen, die davon viel weniger freisetzen, bleibt es weicher.

Deshalb kann sich Trinkwasser in zwei französischen Städten im Wasserkocher völlig unterschiedlich verhalten: In der einen bildet sich schnell Kalk, in der anderen fast gar nicht.

Der weiße Belag von hartem Wasser ist keine Verschmutzung. Er besteht hauptsächlich aus Calciumcarbonat, das beim Erhitzen leichter ausfällt.

Hartes Wasser gilt nicht als gesundheitsgefährdend. Sein größtes Problem ist im Haushalt: Es verkalkt Boiler, Heizstäbe, Armaturen und Kleingeräte.

Kalk ist vor allem der Feind der Kaffeemaschine – viel weniger der des Menschen, der den Kaffee trinkt.

Vom Haus zum Fluss

Wohin geht das Wasser nach dem Spülen der Toilette?

Es verlässt das Haus durch Abwasserleitungen.

Ist das Gebäude an die öffentliche Kanalisation angeschlossen, gelangt das Abwasser ins Kanalnetz und von dort zu einer Abwasserbehandlungsanlage, häufig Kläranlage genannt.

Dieser Weg ist meist unsichtbar, unterirdisch und lautlos.

Doch jede Dusche, jede Waschmaschine, jedes Spülwasser und jede Toilettenspülung fließt in diesen gemeinsamen Strom, der behandelt werden muss, bevor das Wasser wieder in die Umwelt zurückkehrt.

In Gebieten ohne Anschluss an die öffentliche Kanalisation übernehmen individuelle Abwassersysteme dieselbe Aufgabe in wesentlich kleinerem Maßstab.

VIII. Wie eine Kläranlage unser Wasser reinigt

Das Prinzip ist faszinierend: Eine Kläranlage ahmt bestimmte natürliche Vorgänge der Trennung und des Abbaus von Stoffen nach und beschleunigt sie.

Die Verfahren unterscheiden sich je nach Anlage, doch meist finden sich mehrere Schritte.

Vorbehandlung.
Rechen halten grobe Abfälle zurück. Sand und ein Teil der Fette werden getrennt.

Sedimentation.
In manchen Anlagen sinken schwerere Schwebstoffe ab.

Biologische Behandlung.
Sie ist das Herz vieler moderner Anlagen. Gemeinschaften von Mikroorganismen nutzen einen Teil der organischen Stoffe im Abwasser als Nahrung und wachsen dabei.

Wir überlassen also einen großen Teil der Reinigung mikroskopisch kleinen Lebewesen.

Klärung.
Das Wasser wird anschließend vom biologischen Schlamm getrennt.

Zusätzliche Behandlung.
Je nach Anforderungen des aufnehmenden Gewässers können auch Stickstoff oder Phosphor weiter entfernt, das Wasser zusätzlich gefiltert oder desinfiziert werden.

Nach der Behandlung ist dieses Wasser im Allgemeinen kein Trinkwasser. Es ist so weit gereinigt, dass es nach festgelegten Normen in die Umwelt eingeleitet werden kann.

Der entstehende Klärschlamm wird separat behandelt. Je nach Qualität und geltenden Vorschriften kann er unter anderem verwertet, vergoren, kompostiert oder entsorgt werden.

Der große Kreislauf

Dann beginnt die Reise erneut

In einen Fluss eingeleitet, setzt das Wasser seine Reise im großen Kreislauf fort.

Es kann in einen größeren Fluss und schließlich in den Ozean gelangen. Es kann aber auch vorher verdunsten, in einen Boden einsickern, von einer Pflanze aufgenommen werden oder wieder ins Grundwasser gelangen.

Durch Sonnenenergie verdunstet Wasser aus Ozeanen, Seen, Böden und Vegetation. Der Wasserdampf steigt in die Atmosphäre, kühlt ab und kondensiert zu winzigen Tropfen oder Eiskristallen.

Die Wolken ziehen weiter.

Dann fällt das Wasser als Regen, Schnee oder Hagel zurück.

Ein Teil gelangt direkt ins Meer. Ein anderer fällt über den Kontinenten, speist Böden, Pflanzen, Flüsse und Grundwasser.

Und die Reise beginnt erneut.

Das ist der Wasserkreislauf: keine kleine, perfekt regelmäßige Schleife, sondern ein gewaltiges Netz aus Wegen, Speichern und Rückflüssen. Die Aufenthaltsdauer reicht von einigen Stunden in der Atmosphäre bis zu Jahrtausenden in bestimmten Grundwasservorkommen oder Eismassen.

X. Ist die Erde ein geschlossenes Gefäß?

Fast.

Und genau das macht diese Geschichte so erstaunlich.

Die Erde enthält rund 1,4 Milliarden Kubikkilometer Wasser. Im Maßstab eines Menschenlebens oder sogar einer Zivilisation verändert sich diese Gesamtmenge nur sehr wenig.

Wasser wechselt vor allem Ort und Zustand: flüssig im Ozean, fest in einem Gletscher, gasförmig in der Atmosphäre, gespeichert im Boden, im Grundwasser, in einer Pflanze oder einem Tier.

Doch der Planet ist nicht vollkommen abgeschlossen.

Über sehr lange Zeiträume kann eine kleine Menge Materie ins All entweichen. Winzige Mengen gelangen auch durch außerirdisches Material auf die Erde. Und in geologischen Zeiträumen zirkuliert Wasser zwischen Erdoberfläche und tieferen Schichten: Manche Gesteine des Erdmantels enthalten Wasser, während Vulkanismus einen Teil wieder freisetzt.

Die Erde ist also nicht ganz ein geschlossenes Gefäß.

In unserem Maßstab ähnelt sie einem solchen jedoch sehr.

Wenn Wasser fehlt

Warum sprechen wir dann von Wasserknappheit?

Das ist das Paradox: Wenn Wasser nicht verschwindet, wie können wir dann zu wenig davon haben?

Weil nicht all dieses Wasser süß, zugänglich, sauber oder genau dort verfügbar ist, wo und wann wir es brauchen.

Rund 97,5 % des Wassers der Erde ist Salzwasser.

Süßwasser macht nur etwa 2,5 % der Gesamtmenge aus. Davon stecken fast 69 % in Gletschern und Eiskappen, ungefähr 30 % befinden sich unter der Erde.

Für Seen, Flüsse, Böden, Atmosphäre und andere oberflächennahe Speicher bleibt damit nur ein sehr kleiner Anteil.

Und selbst diese Darstellung reicht noch nicht aus. Ein Teil des Grundwassers ist schwer erreichbar, liegt zu tief, erneuert sich zu langsam oder befindet sich weit entfernt von den Bevölkerungen, die es benötigen.

Die eigentliche Frage lautet deshalb nicht:

„Gibt es auf der Erde noch Wasser?“

Die Antwort wird für sehr lange Zeit Ja lauten.

Die richtige Frage ist:

„Steht ausreichend sauberes Süßwasser in ausreichender Menge am richtigen Ort und zur richtigen Zeit zur Verfügung?“

Hier beginnt Wasserknappheit.

Sie wird durch Übernutzung von Grundwasser, Verschmutzung, Bodenversiegelung, Verlust von Feuchtgebieten, bestimmte landwirtschaftliche Praktiken, steigenden Bedarf und Klimaveränderungen verschärft, die Niederschlagsmuster und Verdunstung verändern.

Wasserknappheit bedeutet daher nicht, dass das Wasser der Erde verschwindet.

Sie ist eine Krise der Verfügbarkeit.

Menschlicher Erfindungsreichtum

Der Mensch sucht nicht nur nach Quellen

Seit jeher haben Gesellschaften bemerkenswerte Methoden entwickelt, um Wasser dort zu finden, wo es sich verbirgt.

Regen sammeln

Das gehört zu den ältesten Methoden.

Ein Dach oder eine vorbereitete Fläche fängt Regen auf und leitet ihn in einen Speicher.

In Frankreich ist die häusliche Nutzung von Regenwasser und allgemein von Wasser, das nicht für den menschlichen Verzehr geeignet ist, heute genau geregelt. Bestimmte Nutzungen sind unter Bedingungen erlaubt, etwa Gartenbewässerung, Toilettenspülung, Reinigung bestimmter Flächen und – unter besonderen Anforderungen – einige weitere Anwendungen.

Ein solches Wasser darf jedoch nicht einfach getrunken werden, nur weil es „vom Himmel kommt“. Für Trinkwasser und Lebensmittel gelten deutlich strengere hygienische Anforderungen.

Netze für Nichttrinkwasser müssen außerdem vom Netz getrennt bleiben, das Wasser für den menschlichen Verzehr verteilt.

Bis zum Grundwasser graben

Brunnen und Bohrungen ermöglichen den Zugang zu unterirdischem Wasser.

Manche Zivilisationen gingen noch wesentlich weiter.

Qanate, die seit der Antike unter anderem in Persien entwickelt wurden, nutzen lange, leicht geneigte Stollen, um Grundwasser aus höher gelegenen Gebieten zu Dörfern und Feldern zu leiten.

Keine Pumpe ist nötig.

Nur Schwerkraft, außergewöhnliche Kenntnis des Geländes und enorme menschliche Arbeit.

Nebel mit Netzen einfangen

Es klingt fast unwirklich.

Und doch funktioniert es.

In manchen Gebirgs- oder Küstenregionen mit häufigem Nebel werden große Netze quer zum Wind aufgestellt. Winzige schwebende Tröpfchen bleiben am Gewebe hängen, vereinigen sich, werden schwerer, laufen in eine Rinne und anschließend in Speicher.

Im marokkanischen Anti-Atlas am Berg Boutmezguida wurden 31 CloudFisher-Kollektoren mit insgesamt rund 1.686 m² Netzfläche installiert.

An einem günstigen Nebeltag kann die Anlage ungefähr 37.000 Liter Wasser sammeln.

Das System versorgt mehrere Dörfer in der Region Aït Baamrane. An dem Projekt sind unter anderem die lokale Stiftung Dar Si Hmad und die Organisationen hinter dem CloudFisher-System beteiligt.

Hier wird nicht gegraben, um Wasser zu finden.

Man erntet es aus der Wolke.

Tau sammeln

Das Prinzip ist ein anderes.

In manchen Nächten kann eine Oberfläche so viel Wärme verlieren, dass sie kälter wird als die umgebende Luft. Sinkt ihre Temperatur unter den Taupunkt, kondensiert ein Teil des Wasserdampfs aus der Luft darauf.

Deshalb lassen sich Oberflächen so gestalten, dass sie diese Kondensation fördern und das entstehende Wasser auffangen.

Auch ohne Regen enthält die Atmosphäre Wasser.

XIII. Kann man Meerwasser trinken?

Ja.

Aber zuerst muss der größte Teil des Salzes entfernt werden.

Das ist das Prinzip der Entsalzung.

Die heute am weitesten verbreitete Technik ist die Umkehrosmose. Meerwasser wird unter hohen Druck gesetzt und gegen Membranen gepresst, die einen großen Teil des Wassers hindurchlassen, die meisten gelösten Salze jedoch zurückhalten.

Bei Meerwasser liegen die verwendeten Drücke häufig bei etwa 60 bis 80 bar.

Die Umkehrosmose selbst benötigt viel Energie. In einer großen modernen Anlage kann sie ungefähr 2,5 kWh pro erzeugtem Kubikmeter ausmachen. Rechnet man Pumpen, Vorbehandlung, Remineralisierung, Ableitung der Salzlauge und weitere Verfahrensschritte hinzu, liegt eine leistungsfähige Großanlage eher bei rund 4 kWh pro Kubikmeter, mit erheblichen Unterschieden von Standort zu Standort.

Entsalzung kann Meerwasser tatsächlich in eine Süßwasserressource verwandeln.

Doch diese Lösung hat ihren Preis.

Sie braucht Energie und erzeugt Salzlauge, also stark salzhaltiges Restwasser, das so ins Meer zurückgeführt werden muss, dass Ökosysteme möglichst wenig geschädigt werden.

Für manche Gebiete ist Entsalzung eine wertvolle Wasserquelle.

Aber sie ist kein Zauberstab.

XIV. Was bedeutet „gefiltertes Wasser“?

Das Wort klingt einfach.

Dahinter stecken jedoch sehr unterschiedliche Verfahren.

Und jedes System entfernt nur das, wofür es ausgelegt wurde.

Aktivkohle

Sie kommt unter anderem in manchen Filterkannen zum Einsatz. Sie kann Chlor reduzieren, das Geschmack oder Geruch beeinflusst, und bestimmte Stoffe zurückhalten.

Sie ist aber nicht dazu gedacht, verunreinigtes Wasser automatisch in Trinkwasser zu verwandeln.

Und ein schlecht gewarteter Filter kann selbst zum Ort mikrobiellen Wachstums werden.

Mechanische Filtration

Sie hält Partikel je nach Größe zurück.

Je feiner die Poren, desto kleinere Bestandteile werden abgefangen. Viele gelöste Salze und Stoffe passieren jedoch eine gewöhnliche mechanische Filterung.

Ultraviolettes Licht

UV-Verfahren können viele Mikroorganismen inaktivieren.

Sie entfernen aber weder Kalk noch Salz, Metalle oder die meisten gelösten chemischen Stoffe.

Umkehrosmose

Sie entfernt einen sehr großen Teil der Salze und viele gelöste Stoffe.

Das Verfahren ist leistungsfähig, verändert aber die mineralische Zusammensetzung des Wassers stark und erzeugt ebenfalls einen konzentrierten Reststrom.

Enthärtung

Ein Wasserenthärter ist eigentlich kein Filter.

Ein Ionenaustauscher ersetzt unter anderem Calcium- und Magnesiumionen durch andere Ionen, häufig Natrium. Sein Hauptziel ist es, Kalkablagerungen in Anlagen zu begrenzen.

Die Frage:

„Ist dieses Wasser gefiltert?“

reicht daher nicht aus.

Die eigentliche Frage lautet:

„Womit wurde es gefiltert – und was soll dabei entfernt werden?“

XV. Eine letzte Merkwürdigkeit

Wir haben Pumpen erfunden, um Wasser aus dem Untergrund zu holen.

Staudämme, um es zurückzuhalten.

Anlagen, um es zu reinigen.

Membranen, die Meerwasser entsalzen können.

Netze, die Nebel ernten.

Oberflächen, die Tau sammeln.

Und trotz all dieser Technik bleibt unsere Zivilisation einer elementaren Regel unterworfen, die schon für die ersten Menschen galt:

Wir erzeugen nur sehr wenig von dem Wasser, das wir benötigen.

Wir suchen das Wasser, das bereits existiert.

Wir entnehmen es.

Wir transportieren es.

Wir speichern es.

Wir behandeln es.

Wir entsalzen es.

Manchmal verwenden wir es erneut.

Und früher oder später geben wir es an den großen Kreislauf zurück.

Sehr alte Materie

Ist das Wasser, das Sie trinken, älter als Sie?

Unendlich viel älter.

Aber wir müssen genau sagen, was damit gemeint ist.

Die Materie, aus der Wasser besteht – Wasserstoff und Sauerstoff –, ist selbstverständlich viel älter als wir. Ein Teil des Wassers auf der Erde könnte sogar aus den allerersten Phasen der Entstehung unseres Sonnensystems stammen.

Astrochemische Arbeiten von Cecilia Ceccarelli und Fujun Du deuten darauf hin, dass ein bedeutender Anteil des heute auf der Erde vorhandenen Wassers aus Eis stammen könnte, das sehr früh, vor oder während der Entstehung des Sonnensystems vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, gebildet wurde.

Dieses Wasser wäre anschließend in das Material eingebaut worden, aus dem Planeten, Asteroiden und Kometen entstanden.

Es wäre jedoch irreführend, sich jedes einzelne H₂O-Molekül als winzige Kugel vorzustellen, die 4,5 Milliarden Jahre unverändert geblieben ist.

Wasser nimmt fortwährend an chemischen und biologischen Reaktionen teil. Moleküle werden getrennt und neu gebildet. Ihre Atome wechseln ihre Bindungspartner.

Was die Zeitalter überdauert, ist deshalb weniger die Identität eines bestimmten Moleküls als vielmehr die Materie des Wassers, die ständig neu kombiniert und in Umlauf gebracht wird.

Das macht die Geschichte nicht weniger außergewöhnlich.

Im Gegenteil.

Die Atome in Ihrem heutigen Wasserglas begannen ihre Reise lange vor dem ersten Fluss, dem ersten Baum und dem ersten Tier unseres Planeten.

XVII. Wasser, das schon tausend Leben erlebt hat

Hier kommt der Gedanke, auf den alles hinausläuft.

Und vielleicht ist es der schönste dieses ganzen Dossiers.

Die Materie im Wasser Ihres Glases wurde über Zeiträume bewegt, vermischt und neu zusammengesetzt, die unser Vorstellungsvermögen fast übersteigen.

Ein Teil könnte in einem Gletscher gelegen haben.

Als Regen auf einen längst verschwundenen Wald gefallen sein.

Durch einen Boden gesickert sein, über den prähistorische Tiere liefen.

In einen Fluss gelangt sein.

Von einer Pflanze aufgenommen worden sein.

Den Körper eines Tieres oder Menschen durchquert haben.

In die Atmosphäre zurückgekehrt sein.

Und wieder von vorn begonnen haben.

Den individuellen Weg der Atome in einem Glas Wasser werden wir selbstverständlich nie rekonstruieren können.

Doch bei astronomisch vielen Molekülen, Milliarden Jahren Zirkulation und einem planetaren Kreislauf, der die Reservoirs immer wieder mischt, ist der Gedanke keineswegs abwegig, dass die Materie unseres Wassers bereits unzählige Formen des Lebens berührt hat.

Ein Glas Wasser zu trinken bedeutet also nie, etwas wirklich Neues zu erhalten.

Wir nehmen für einige Stunden Materie in uns auf, die lange vor uns zirkulierte und ihre Reise nach uns fortsetzen wird.

Zu anderen Böden.

Anderen Flüssen.

Anderen Wolken.

Anderen Leben.

Vielleicht ist das im Grunde genau das, was die Chevaliers de l’Astrée spürbar machen möchten:

Nichts um uns herum ist wirklich ganz neu – und nichts gehört uns vollständig.

Wir empfangen es nur für eine Weile.

Es liegt an uns, uns darum zu kümmern.

Es zu bewahren.

Und es an das weiterzugeben, was nach uns kommt.