4 Unterschiede zwischen Oberflächenwasser, Grundwasser, Tiefenwasser
Oberflächenwasser, Grundwasser und Tiefenwasser sind drei Horizonte, um die Tiefenschichten von Gewässern und des gesamten Wasserhaushalts der Erde einzuteilen. Als Oberflächenwasser werden alle Gewässer, die sich auf der Erdoberfläche befinden, klassifiziert. Bestimmte Klassifizierungen beziehen sich nur auf natürliche Binnengewässer, welche sich auf dem Festland oder Inseln befinden. Andere Autoren schließen künstliche Gewässer keineswegs aus und beziehen auch Meere oder Ozeane mit ein. Tiefenwasser verweilt sehr lange in den Tiefen der Erde und nimmt nur wenig oder gar nicht am Wasserkreislauf teil.
Inhalt
Unterschiede zwischen Grundwasser, Oberflächenwasser und Tiefenwasser
Grundwasser, Oberflächen- und Tiefenwasser unterscheiden sich anhand von Tiefen, in denen sie vorkommen. Dies hat Konsequenzen auf Nährstoff-, Sauerstoff– und Schadstoffgehalt der jeweiligen Wasserschicht. Der Horizont, in welchem die Wassermengen eingelagert sind, hat außerdem Einfluss darauf, ob diese Mengen am natürlichen Wasserkreislauf der Erde teilnehmen können oder nicht. In Seen, Ozeanen und Meeren gibt es ebenfalls Tiefen- und Oberflächenbereiche. Je nach Schicht fällt die Wasserzirkulation unterschiedlich aus, was Auswirkungen auf die Pflanzen– und Tierwelt im Wasserkörper hat.
Unterschiedliche Tiefen
Als Oberflächenwasser werden Wasser und Gewässer, die sich offen und ungebunden auf der Erdoberfläche befinden, bezeichnet. Auch Flüsse und Seen zählen dazu. Das Wasser darin scheint zwar auf den ersten Blick gebunden, nimmt aber durch natürliche Strömungen, sowie diversen Zu- und Abflüssen, als auch durch Verdunstung und anschließenden Niederschlag ständig am Wasserkreislauf teil. Denn gebundenes Wasser, welches sich bspw. in einem Wassertank befindet, ist durch die äußere Tankhülle begrenzt. Aber das Wasser, welches sich bspw. im Gletschereis befindet, ist durch seinen Aggregatzustand gebunden. Sobald die Temperatur zunimmt, verändert es den Aggregatzustand und das Eis des Gletschers wird schmelzen.
Niederschlagswasser, das auf die Erdoberfläche trifft, dort Pfützen, Rinnsale oder auch Hochwasser bildet, zählt ebenfalls zum Oberflächenwasser. Nach geltenden EU-Richtlinien zählen Flüsse, Seen, Übergangsgewässer und Küstengewässer zu den Oberflächenwassern. Übergangs- und Küstengewässer bilden die Schnittstellen zwischen Meer und Binnengewässer. Dazu zählen Lagunen, Buchten oder Flussmündungen. Der Unterschied besteht oft im Salzgehalt. So führen Binnengewässer normalerweise Süßwasser. In den Meeren befindet sich Salzwasser. Im Übergangsgewässer befindet sich Brackwasser. Andere Definitionen zählen auch Ozeane und Meere zu den Oberflächenwassern. Weiterhin können künstliche Einrichtungen wie Stauseen und Talsperren als Oberflächenwasser bezeichnet werden.
Der Grund, weshalb es so unterschiedliche Definitionen vom Oberflächenwasser gibt, ist – dass die Hydrologie, also die Wissenschaft des Wassermanagements, alle Bereiche einbeziehen muss. Denn Wasserversorgung, Wasserkraftgewinnung und Hochwasserschutz ist ein Zusammenspiel aller Wasserhorizonte und Schichten.
Aber durch das Oberflächenwasser entstehen auch Probleme. Denn dadurch, dass Menschen immer mehr Flächen verbauen und versiegeln, entsteht Stauwasser. Besonders nach starken Regenfällen kann dieses nicht mehr in den Untergrund versickern und bildet mitunter reißende Wasserströmungen, die Bodenerosionen oder die Beschädigung von Bauwerken begünstigen.
Tiefenwasser befindet sich unterhalb von Bodenschichten, die wenig bis kaum Wasser durchlassen. Es ist somit vom oberflächennahen Grundwasser weitestgehend getrennt. Je nach Zusammensetzung der Böden kann sich Tiefenwasser zum Beispiel 250 Meter, aber auch tiefer, unterhalb der Oberfläche befinden.
Tiefenwasser ist streng genommen ein Teil des Grundwassers. Andere in Fachkreisen gebräuchliche Bezeichnungen sind „tiefes Grundwasser“ oder „Tiefengrundwasser“. Aufgrund der Tiefe, der Zusammensetzung und der Unbeweglichkeit bezeichnet man Tiefenwasser manchmal auch als „totes Wasser“. Es nimmt nicht oder nur sehr träge an den Wasserkreisläufen teil.
In den Tiefen der Erde eingelagertes Wasser kann mehrere Jahrzehnte bis zu einigen Jahrtausenden in unterirdischen Wasserspeichern, Seen, Wasserblasen und ähnlichem lagern. Wasser, die 10.000 Jahre und länger in der Tiefe lagern, werden als „fossile Wasser“ bezeichnet.
Tiefenwasser wird zudem als tot klassifiziert, da der Sauerstoffgehalt deutlich niedriger als der von oberflächennahem Grundwasser. Dafür ist der Eisen– und Mangangehalt stark erhöht. Möchte die Menschheit solche Wasser nutzbar machen, bspw. als Trinkwasser oder Wasser zur Bewässerung in der Landwirtschaft, muss dieses über komplizierte Verfahren aufbereitet werden.
In Afrika und in China gibt es etliche Projekte, die daran arbeiten, fossile oder tote Wasservorkommen im großen Stil nutzbar zu machen. Neben den streng wissenschaftlichen Abgrenzungen des Begriffes Tiefenwasser, wird die Bezeichnung manchmal auch etwas lockerer für Mineralwasser aus tieferen Grundwasserschichten genutzt. Ebenso kann Tiefenwasser als direktes Gegenteil des Oberflächenwassers definiert werden. Der wesentliche Unterschied zwischen Grundwasser und Tiefenwasser ist streng wissenschaftlich betrachtet die Verweildauer in der Tiefe.
Wie bereits erwähnt, ist das Tiefenwasser – je nach Betrachtungsweise – ein Teil des Grundwassers. Dieses Grundwasser beginnt dort, wo Oberflächenwasser beginnt, ins Erdreich einzutreten beziehungsweise zu versickern. Das geschieht nach Niederschlägen, am Grund von Seen und Flüssen, in Pfützen und überall, wo Wasser auf durchlässige Erd-, Gesteins– oder Sandschichten trifft.
Wie tief Grundwasser reicht, ist unterschiedlich. An manchen Stellen ist es bis zu 100 oder mehr Meter tief. An anderen Stellen hält sich das Grundwasser dicht unter der Bodenoberfläche auf. Wenn es geregnet hat, werden solche Areale schnell matschig oder es bilden sich Stauwasser und Überschwemmungen. Der grundlegende Unterschied zum Tiefenwasser ist, dass Grundwasser ständig an den Wasserkreisläufen teilnimmt.
Unterschiedliche Eigenschaften
Durch die Sonneneinstrahlung verdunsten täglich tausende Liter Wasser. Durch die Verdunstung entsteht Wasserdampf, wodurch die Luftfeuchtigkeit zunimmt. Jene Feuchtigkeit ist ein Umweltfaktor, welchen alle Organismen in einem bestimmten Toleranzbereich benötigen, um die lebensnotwendigen Prozesse aufrecht zu halten. Durch diese Feuchtigkeit entstehen Wolken und schließlich Niederschläge, wie Nebel, Regen oder Schnee.
Die Niederschläge fallen auf den Boden und bilden einen Teil des Oberflächenwassers. Oberflächenwasser ist oft reich an Partikeln aus der Atmosphäre, Schwebstoffen oder anderen gelösten Substanzen. An Regen und Schnee gebunden treffen diese auf die Erdoberfläche, gelangen in Flüsse und Seen oder in den Untergrund. Sobald Wasser versickert, wird es durch diverse Erd- und Gesteinsschichten gefiltert und gereinigt.
Durch unterirdische Wasserläufe wird das Wasser teils hunderte Meter oder sogar kilometerweit durch Erdschichten und verschiedene geologische Formationen gepresst. Es verweilt in der Tiefe als Grundwasserspeicher, nährt die Wurzeln von Pflanzen oder tritt in Form von Quellen wieder an die Oberfläche. Oder man bohrt Brunnen und nutzt das Grundwasser als Leitungswasser.
Oberflächenwasser aus Seen oder Flüssen ist für Menschen meistens nicht genießbar. Der Grad der Verunreinigung kann dem Organismus schaden. Durch die Erde gefiltertes Quellwasser ist besonders rein, meistens frei von Schadstoffen und Schwebstoffen und kann genossen werden. In den technischen Wiederaufbereitungsanlagen zur Trinkwassergewinnung ahmt man die Filterübungsprinzipien der Erde nach: Aus weniger reinen Quell- und Brunnenwassern macht man genießbares Trinkwasser.
Neben der Filterung von Grundwasser dienen die Wasserkreisläufe auf der Erde der Reinigung der Atmosphäre, der Bildung von Wetterströmungen und Klimazonen, den Jahreszeiten und den Temperaturunterschieden auf der Erde.
Unterschiedliche Wasserkreisläufe
Es gibt zahlreiche Legenden rund um unterirdische Seen und sogar Meere oder Ozeane. Beschrieben hat diese zum Beispiels der bekannte französische Schriftsteller Jules Verne in seinem Roman „Die Reise zum Mittelpunkt der Erde“ (erschienen 1864). Lange galten diese Gewässer als eine Fantasterei, doch inzwischen haben Wissenschaftler Beweise für die Existenz unterirdischer Meere gefunden.
In den letzten Jahren konnten Wasservorkommen in Tiefen von 600 Kilometern unter der Erdoberfläche nachgewiesen werden. Zudem fanden US-amerikanische Forscher Hinweise auf Wasser in einem Diamanten, der aus einer Erdschicht stammt, die 1000 Kilometer unter der Erdoberfläche liegt.
Derzeit gehen Forscher davon aus, dass sich in der Tiefe der Erdschichten noch einmal so viel Wasser befinden könnte, wie an der Erdoberfläche, also in allen bekannten Meeren, Ozeanen, Flüssen und Seen. Vermutlich bilden einige dieser Gewässer unterirdische Kreisläufe und sind unter anderem an der Bewegung der Kontinentalplatten und an der Entstehung von Vulkanismus beteiligt.
Dass sie von den Oberflächenwassern vollkommen abgeschlossen sind, liegt an besonderen Gesteinsschichten, die das Wasser nicht nach oben dringen lassen. Die Funde sind nicht nur für die Forschung auf der Erde interessant. Weltraumforscher nehmen an, dass es auch auf unseren scheinbar trockenen Nachbarplaneten unterirdische Wasservorkommen geben könnte. Möchten Menschen zum Beispiel den Mars besuchen oder sogar besiedeln, wäre das Vorhandensein von Wasser in den Tiefen ein großer Vorteil.
Unterschiedliche Wasserzirkulation in Ozeanen und Stillgewässern
Ozeane und Meere sind ähnlich wie Wälder in Schichten aufgebaut. Sie unterscheiden sich durch Aspekte wie Sauerstoffgehalt, Lichtverhältnisse, Salzkonzentration, den Gehalt anderer Mineralien und Gase sowie durch die Tiere und Pflanzen, die in ihnen leben. Die Menschheit beginnt erst damit, die Bedeutung dieser Zusammenhänge in den Ozeanen und die Veränderungen durch Verschmutzung und Klimaerwärmung zu erforschen und zu verstehen.
Meere und Ozeane sind, wie bereits erwähnt, global betrachtet ebenfalls Oberflächenwasser, in denen auch Tiefenwasser existieren. Damit bezeichnen Experten Wassermassen, die in bestimmten geologischen Besonderheiten nahezu unbewegt und damit „tot“ am Grunde des Meeres liegen (z. B. Nordatlantisches Tiefenwasser).
Die Wasserzirkulation im Ozean oder auch in Stillgewässern (Seen) wird bestimmt durch Wellenbewegungen, welche allerdings nur das Oberflächenwasser direkt erreichen. Tiefere Strukturen werden dennoch aufgewühlt und durchmischt, da Oberflächenwasser eine andere Temperatur als Tiefenwasser hat. Und durch seine Dichteanomalie hat Wasser bei 4 °C die größte Dichte, was bedeutet – dass die 4-Grad-Wasserschicht immer zu Boden sinken wird. Durch Verdrängung wird Wasser, welches wärmer oder kälter als 4 °C ist – in einem See oder Ozean – nach oben gedrückt. So findet eine Wasserzirkulation auch ohne Wellen statt, welche auch die tieferen Schichten der Gewässer erreicht.
In den Meeren und Ozeanen gibt es weiterhin die Begriffe:
Die Hochsee oder Hohe See bezeichnet allerdings weniger die oberen Schichten des Ozeans, sondern viel mehr die Entfernung vom offenen Meer zu den Küsten. Denn in Küstennähe haben Staaten und Nationen gewisse Rechte an den Wassern. Das bedeutet, dass die küstennahen Abschnitte des Meeres oder Ozeans zum Staatsgebiet gezählt werden. Die Staaten dürfen diese Gewässer bevorzugt befahren und z.B. für die Fischerei nutzen. Wenn andere Länder die Gewässer nutzen oder an den Häfen anlegen möchten, brauchen sie dazu Genehmigungen.
Die Hochsee oder Hohe See ist frei. Sie gehört niemandem, obwohl auch hier bestimmte Regelungen z. B. zum Fischfang und dem Schiffsverkehr herrschen. Als Tiefsee bezeichnet man die Wasserschichten, die mindestens 200 m unterhalb des Wasserspiegels liegen.
Ein Merkmal der Tiefsee ist das fast vollständige Fehlen von Licht. Die Tiefsee macht rund 88 % des Volumens aller Meere und Ozeane aus. Sie gilt als eine der am wenigsten erforschten Bereiche der Erde. Forscher vermuten, dass in der Tiefsee sehr viele Lebewesen leben, die kaum oder nur wenig bekannt sind. Dazu gehören unter anderem bis zu mehreren Metern lange Riesenkalmare oder Quallen.
Auch Seen haben, genauso wie Ozeane, Tiefenbereiche – in denen sehr wenig Sonnenlicht eindringt. Ein Großteil des Sauerstoffs, welcher im Meer und See produziert wird, stammt vom Phytoplankton – welches durch Strömungen angetrieben – frei durch den Wasserkörper schwimmt. Durch Photosynthese sind die Mikroorganismen in der Lage, das Sonnenlicht zu nutzen, um aus Wasser und Kohlendioxid – einen Zucker und Sauerstoff herzustellen. In den Tiefen der Ozeane und Seen gelingt dies, aufgrund fehlender Sonnenenergie, unzureichend oder gar nicht.
Stattdessen sinken abgestorbene Tier- und Pflanzenteile zum Gewässergrund, in denen Bakterien und andere Destruenten das tote Material zersetzen. Durch die Zersetzung wird wiederum Sauerstoff verbraucht, wodurch der Gehalt weiter absinkt. Aber durch die oben beschriebene Wasserzirkulation werden auch die tieferen Wasserschichten wieder durchspült, wodurch der Sauerstoffgehalt wieder zunimmt.
Zusammenfassung
- Als Oberflächenwasser werden alle offenen und ungebundenen Gewässer und Wasseransammlungen oberhalb der Erdkruste bezeichnet.
- Oberflächenwasser sind Seen, Flüsse, Bäche, Pfützen, Tümpel, Teiche, Stauseen, Meere und Ozeane.
- Tiefenwasser liegen im Inneren der Erde (ca. 200 Meter und tiefer).
- Weitere Merkmale von Tiefgewässern sind eine vergleichsweise Unbeweglichkeit (sie nehmen nicht oder nur langsam an den oberirdischen Wasserkreisläufen teil) sowie die Zusammensetzung (wenig Sauerstoff, viel Eisen und Mangan).
- Tiefenwasser kann mehrere tausend Jahre an Ort und Stelle verweilen.
- Zwischen Oberflächenwasser und Tiefenwasser liegt das Grundwasser.
- Grundwasser steigt als Quell- oder Brunnenwasser regelmäßig an die Oberfläche und nimmt an den Wasserkreisläufen teil.
- Vermutlich gibt es Tiefenwasser in Form von unterirdischen Seen und Meeren, die ein ganz eigenes Kreislaufsystem in den tiefen Erdschichten bilden.
- Forscher vermuten aktuell, dass sich im Erdinnern ebenso viel gebundenes Tiefenwasser befinden könnte, wie sich Oberflächenwasser auf der Erdkruste befindet.
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