Die Wassermengen in Flüssen haben sich in den letzten Jahrzehnten weltweit stark verändert. Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Goethe-Universität Frankfurt konnte nun belegen, dass der Klimawandel dafür eine entscheidende Rolle spielt. Die Leitung des Projekts lag bei der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich.
Der Klimawandel beeinflusst den Wasserhaushalt der Erde: Je nach Region und Jahreszeit kann er zu mehr Überschwemmungen oder Dürren führen und sich auch auf die Wassermengen in Flüssen auswirken. Die Abflussmengen sind ein wichtiger Indikator für die Wasserressourcen, die Mensch und Umwelt zur Verfügung stehen. Wieviel Wasser regional verfügbar ist, hängt auch von weiteren Faktoren wie direkten Eingriffen in den Wasserhaushalt oder der Landnutzung ab: Wird beispielsweise Wasser zur Bewässerung abgezweigt, ändert sich die Landnutzung etwa durch Abholzung oder Aufforstung von Wäldern oder werden Staudämme gebaut, verändert dies ebenfalls die Wassermenge in Flüssen.
Wie stark sich die Abflussmengen in verschiedenen Weltregionen während der letzten Jahrzehnte verändert haben, wurde bisher auf globaler Ebene noch nicht anhand von konkreten Messdaten untersucht. Ebenso war die Frage, ob global sichtbare Veränderungen auf den Klimawandel oder auf den direkten Einfluss den Menschen zurückzuführen sind, bislang nicht geklärt.
Nun ist es einem internationalen Forschungsteam unter Leitung von Forschenden der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich gelungen, den Einfluss dieser Faktoren aufzuschlüsseln. Dazu analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Daten von 7250 Durchfluss-Messstationen weltweit. Die Studie, die nun in der Fachzeitschrift Science erschienen ist, belegt: Wie viel Wasser Flüsse führen, hat sich zwischen 1971 und 2010 stark verändert. Es zeigen sich komplexe Muster: Manche Regionen sind trockener geworden, etwa der Mittelmeerraum, das südliche Afrika oder der Nordosten Brasiliens. Anderswo hingegen nahmen anderswo die Wassermengen zu, zum Beispiel in Skandinavien.
Suche nach den Ursachen
Wie es zu diesen Veränderungen kam, untersuchten die Forschenden in Computersimulationen, die sie im Rahmen des internationalen Klimaforschungsnetzwerks ISIMIP mit dem Ziel durchführten, mögliche Auswirkungen des Klimawandels zu untersuchen. Sie verwendeten insgesamt neun globale hydrologische Modelle, in die sie Klimadaten aus dem untersuchten Zeitraum einspeisten (1971 bis 2010). Eines der Modelle betreute federführend Dr. Hannes Müller Schmied von der Goethe-Universität Frankfurt und dem Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum. „Modellrechnungen sind für die Interpretation von gemessenen Daten und für die Berechnung von verschiedenen Szenarien sehr wichtig“, erklärt der Frankfurter Geograph, „denn wir können quasi mit einem Schalter den Einfluss des Klimawandels und die direkten Einflüsse des Menschen ein- und ausschalten und die Ergebnisse mit den gemessenen Daten vergleichen.“
Die Ergebnisse der Modellrechnungen stimmten gut mit der Analyse der Flussmessdaten überein. «Das heißt, dass die klimatischen Bedingungen die beobachteten Trends erklären können», sagt Lukas Gudmundsson, Klimaforscher an der ETH Zürich und Erstautor der Studie. In einem zweiten Durchgang schlossen die Forschenden in ihre Simulationen zusätzlich direkte menschliche Veränderungen ein, um den Einfluss dieser Faktoren zu untersuchen. Das Ergebnis änderte sich dadurch jedoch nicht. Veränderungen in der Wasser- und Landnutzung sind also offenbar nicht die Ursache für die globalen Veränderungen in Flüssen.
Gewässermanagement und Landnutzung können zwar lokal zu großen Schwankungen der Abflüsse führen. «Uns ging es aber nicht um lokale, sondern um globale Trends, die über längere Zeiträume sichtbar werden», sagt Gudmundsson. Deshalb betrachteten die Forschenden nicht isoliert die Daten einzelner Messstationen, sondern fassten diese für die Analyse zu größeren, subkontinentalen Regionen zusammen. Dadurch wurde es möglich, den Einfluss des Klimawandels in den Daten zu erkennen.
Einfluss der Treibhausgase
Die Rolle des Klimawandels konnten die Forschenden mit der sogenannten Attributions-Methode untermauern: Sie verglichen ihre Messdaten mit Simulationen von Klimamodellen, die einmal mit den menschengemachten Treibhausgasen berechnet wurden und einmal ohne diese. Im ersten Fall stimmte die Simulation mit den tatsächlichen Daten überein, im zweiten Fall jedoch nicht. Ohne den Klimawandel hätte es die beobachteten Veränderungen also wahrscheinlich nicht gegeben.
Die Studie ist die erste, die mit Messdaten nachweist, dass der Klimawandel einen global sichtbaren Einfluss auf das Fließgewässer hat. «Dies war nur durch die gute Zusammenarbeit der beteiligten Forschenden und Institutionen aus zwölf verschiedenen Ländern möglich», betont Gudmundsson. Auch die gesammelten Daten von den 7250 Messstationen weltweit waren ein Gemeinschaftswerk: Die Forschenden trugen sie mit australischen Kollaborationspartnern in einer Vorgängerstudie zusammen. Sie bilden den größten weltumspannenden Datensatz zum Wasserabfluss in Flüssen, der heute verfügbar ist.
„Dank der Modelle können wir nun verlässliche Szenarien berechnen, wie sich große Flüsse unter dem Einfluss des Klimawandels künftig weiter verändern werden“, meint Hannes Müller Schmied. Solche Projektionen werden für betroffene Regionen eine wichtige Planungsgrundlage darstellen, um die Wasserversorgung sicherzustellen und sich an den Klimawandel anzupassen.
Publikation: Lukas Gudmundsson, Julien Boulange, Hong X. Do, Simon N. Gosling, Manolis G. Grillakis, Aristeidis G. Koutroulis, Michael Leonard, Junguo Liu, Hannes Müller Schmied, Lamprini Papadimitriou, Yadu Pokhrel, Sonia I. Seneviratne, Yusuke Satoh, Wim Thiery, Seth Westra, Xuebin Zhang, Fang Zhao: Globally observed trends in mean and extreme river flow attributed to climate change. Science https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aba3996
