Hydrologie - 2. Jahr Geographie - Kollegium Heilig Kreuz - PDF

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Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie GEOGRAPHIE 2: II. HYDROLOGIE & GEOMORPHOLOGIE Wasser in flüssiger und fester Form gestaltet die Erdoberfläche. Damit passen die beiden Fachbereiche Hydrologie & Geo- morphologie sehr gut zueinander. Doch zuerst setzen wir uns mit der Substanz Wasser oder auch H2O auseinander. 1. Wasser Wasser ist die chemische Verbindung H2O bestehend aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) und bildet die Grundlage allen Lebens auf der Erde. In der Natur kommt Wasser selten rein vor, sondern enthält meist gelöste Anteile von Salzen, Gasen und organischen Verbindungen. Wasser ist die Bezeichnung für den flüssigen Aggregatzu- stand. Im festen Zustand spricht man von Eis, im gasförmigen Zustand von Wasserdampf (Abb. 1). 1 Wasser ist für Prozesse ober- und unterhalb der Erdoberflä- che sowie in der Atmosphäre verantwortlich und wird von der Klimatologie und der Geomorphologie untersucht.2 1.1 Virtuelles Wasser Wir verbrauchen Wasser beim Hände- oder Wäschewa- schen, aber auch indirekt bei der Herstellung von Lebensmit- teln und Konsumprodukte. Bei der Produktion von fast allen Produkten wird Wasser benötigt. Man nennt dies den ver- steckten Wasserverbrauch oder das virtuelle Wasser. Der Begriff entstand durch den britischen Wissenschaftler John Abb. 1: Die Aggregatzustände des Wassers. Obere Grafik aus: https://de.wi- Anthony Allen in den 1990er-Jahren. Er entwickelte den Be- kipedia.org/wiki/Aggregatzustand (18.8.2024) Untere Grafik aus: SPREAFICO, M.; WEINGARTNER, R.: Hydrologie der griff virtuelles Wasser als Hilfsmittel, um Lösungsansätze ge- Schweiz. Ausgewählte Aspekte und Resultate. In: Berichte des BWG, Serie gen Wasserknappheit und die dadurch drohenden Konflikte Wasser – Rapports de l’OFEG, Série Eaux – Rapporti dell’UFAEG, Serie Acque, zu finden,. Für das Konzept wurde er 2008 mit dem Stockhol- Nr. 7 – Bern 2005, S. 119. mer Wasserpreis ausgezeichnet. 1.1.1 Beispiele für virtuelles Wasser: Tomaten & Rindfleisch Wie jede Pflanze benötigen Tomaten Wasser um zu wachsen und wenn es nicht genügend Niederschläge gibt, muss künst- lich bewässert werden. Die Anteile an Regen- und Bewässerungswasser bilden das virtuelle Wasser. Dieses Wasser ist nicht wirklich verbraucht, denn es gelangt in den Wasserkreislauf zurück. Zunächst wird es aber verbraucht, weil es fürs Bewässern und nicht für einen anderen Zweck genutzt wird. Werden Tomaten mit Mineraldünger oder Pflanzenschutzmittel behandelt, wird das Grundwasser damit belastet. Auch diese Menge an verschmutztem Wasser gehört zur Berechnung des virtuellen Wassers. Wie viel virtuelles Wasser in verschiedenen Produkten vorhanden ist, zeigt die folgende Tabelle: 1 Apfel 70 L 1 kg Leder 16'600 L 1 L Apfelsaft 950 L 1 kg Mais 900 L Die intensive Haltung von Rindern ver- 1 Auto 400'000 L 1 Mikrochip 32 L braucht sehr viel Wasser. Nach ca. 2½ bis 3 1 Banane 200 L 1 L Milch 1'000 L Jahren haben Rinder ihr Schlachtgewicht 1 kg Baumwolle (verarbeitet) 11'000 L 1 kg Nudeln 1'400 L * erreicht. Bis dahin hat ein Tier etwa 1’300 1 L Bier 300 L 20 g Nutella (für zirka ein Brot) 32 L * 30 g Brot (zirka 1 Scheibe) 40 L 1 Stück Orange 50 L kg Kraftfutter (Getreiden & Soja), 7’200 kg 1 kg Butter *4'800 L 1 L Orangensaft 850 L Weidefutter & Heu sowie 24’000 L Wasser 1 Stück Computer 20'000 L 1 Port. Pizza 420 L * zum gebraucht. Für die Produktion von 1 kg 1 Stück Ei (~60 g) 200 L 1 kg Reis 3'400 L Rindfleisch werden daher rund 15’500 Liter 1 Stück Hamburger (ca. 155 g) 2'400 L 50 g Schinken 250 L * virtuelles Wasser benötigt. 1 kg Hühnerfleisch 3'900 L 100 g Schokolade 300 L 1 Paar Jeans 11'000 L 1 kg Spaghetti 1'400 L * Tabelle 1: Virtueller Wasserverbrauch zur Herstellung 125 ml Kaffee 140 L 250 ml Schwarztee (gekocht) 30 L einiger Nahrungs- und Genussmittel. Quelle: Vereini- 1 kg Kakao 10’000 L 1 kg Tomaten 184 L gung Deutscher Gewässerschutz e.V. (Hrsg.) (2008): 1 kg Kartoffel 250 L 250 g T-Shirt 2’700 L Virtuelles Wasser – Versteckt im Einkaufskorb für die 200 g Kartoffelchips 185 L 100 g Getreide (z. B. Müsli) 130 L Sekundarstufe I. * geschätzte Wassermenge, L = Liter, 30 g Käse 150 L 1 kg Zitronen 1’000 L kg = Kilogramm, g = Gramm, ml = Milliliter, Port. = Por- tion. 1 kg Kokosnuss 2'500 L 1 kg Zucker 1’500 L 1 https://de.wikipedia.org/wiki/Wasser & http://www.spektrum.de/lexikon/geographie/wasser/8873 (beide: 18.8.2024) 2 http://www.spektrum.de/lexikon/geographie/wasser/8873 (7.10.2017) Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 1 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie 1.2 Wasserverteilung auf der Erde Trotz des riesigen Wasservorkommens von insgesamt zirka 1,46 Milli- Gesamte Wassermenge der Erde arden km³ auf der Erde, wird Wasser als kostbar bezeichnet, da der Süsswasser 2,5 % überwiegende Teil des Wasservorkommens aus Salzwasser besteht. So sind 71 % der Erdoberfläche von Wasser bedeckt, aber Meerwas- ser ist wegen des hohen Salzgehaltes von rund 3,5 % für den Ge- brauch als Trink- und Bewässerungswasser nicht geeignet. Nur 2,5 % des Wasservorrates auf der Erde ist Süsswasser und ist als Eis an den Sa lz Polen, in Gletschern und in Permafrostböden gebunden und nicht di- wasser rekt nutzbar. Der Anteil des in Seen, Flüssen und Bächen vorhandenen Süsswassers beträgt verglichen mit der Gesamtwassermenge nur winzige 0,02 %.3 Meer und Kontinente Wenn Wasser in Form von Regen, Schnee- oder Eisschmelze auf die H he emisphä dlic re Erdoberfläche gelangt, versickert ein Teil des Wassers in der Tiefe und Nör wird zu Grundwasser. Der Rest verdunstet oder fliesst auf der Ober- fläche ab. 40 % Total: Das Einzugsgebiet (auch Entwässerungs- oder Abflussgebiet genannt) 70 % Meer eines Wasserlaufs entspricht genau der Fläche, aus der dieser Was- 30 % Konti- serlauf gespeist wird. nente Grundsätzlich unterscheidet man zwischen einem oberirdischen und einem unterirdischen Einzugsgebiet. Das oberirdische Einzugsgebiet Südli re kann durch die Topographie des Geländes (= Orographie) ermittelt che Hemisphä werden. Davon abweichende unterirdische Einzugsgebiete durch Abb. 2: Süss- und Salzwasserverteilung auf der Erde. Aus: BERSET, Grundwasserströme zu ermitteln, ist sehr aufwendig, weshalb dies für Christian et al.: Géographie Générale. Fribourg, 2020, S. 25. Ei- die meisten Gewässer nicht gemacht wird. Das Einzugsgebiet wird gene Übersetzung. auch häufig durch technische Eingriffe (Schifffahrtskanäle, Wasser- kraft und Trinkwasserversorgung) beeinflusst.4 1.3 Der Wasserkreislauf Der Wasserkreislauf beginnt, wenn Wasser aus den Meeren verdunstet und dabei in die Atmosphäre gelangt. Das verduns- tete Wasser gelangt in Form von Regen, Hagel oder Schnee wieder auf die Erdoberfläche zurück. Welche Wassermenge den Boden erreicht, kann von verschiedenen Faktoren abhängen. Höhere Lagen bekommen eher mehr Niederschlag als tiefere (Abkühlung der aufsteigenden Luftmassen führt zu Kondensation). Ein Teil des Niederschla- ges wird von den Pflanzen abgefangen und kehrt auf dem Weg der Verdunstung wieder in die Atmosphäre zurück. Abb. 3: Der Wasserkreislauf mit seinen Komponenten und Prozessen, Flüssen und Speichern. Die roten Zahlen geben den Transport in 1000 km³ pro Jahr an. Die dunkelblauen Zahlen stellen beobachtete Werte dar (Baumgartner & Reichel 1975), rote Zahlen stammen aus einer Modellberechnung (Max- Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg, Modell ECHAM 3, 1992, aus einer Broschüre des Deutschen Klimarechenzentrums DKRZ, 1994, verändert). 3 https://oflwasser.wordpress.com/wasserinf/wasserverteilung-auf-der-erde/ (1.11.2023) 4 BRETSCHNEIDER, Hans; LECHER, Kurt; SCHMIDT, Martin: Taschenbuch der Wasserwirtschaft. 6. Auflage, Paul Parey Verlag, Hamburg/Berlin 1982, S. 110. Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 2 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie Wenn der Niederschlag den Boden erreicht, sickert er in ihn ein und dringt entweder bis zum Grundwasser vor oder fliesst langsam hang abwärts. Die Flüsse haben die Aufgabe das Wasser aus der Umgebung aufzunehmen und ins Meer oder in einen See zu transportieren. Somit ersetzen sie das dort verdunstete Wasser. Unser Wasser befindet sich daher in einem ewigen Kreislauf: Wasser verdunstet – der Wasserdampf steigt auf und bildet Wolken – die Wolken werden landeinwärts geweht und bringen Niederschlag – es bilden sich Seen, Bäche und Flüsse – das Wasser fliesst ins Meer zurück und der Kreislauf beginnt erneut. Zusammenfassend kann man sagen, dass Verdunstung, Niederschlag und Abfluss den Wasser- kreislauf bilden. Kurzvideo zum Wasserkreislauf: https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Der_nat%C3%BCrliche_Wasserkreislauf.webm Die Wasserhaushaltsgleichung enthält die wesentlichen Komponenten des Wasserhaushalts und lautet: N = V + A + Δ S Wobei: N = Niederschlag; V = Verdunstung; A = Abfluss; Δ S = Wasserspeicheränderung. 1.3.1 Oberflächenwasser Oberflächenwasser ist auf der Oberfläche stehendes oder fliessendes Was- ser, welches sich im Gegensatz zu Grundwasser und Bodenfeuchte offen und ungebunden auf der Erdoberfläche befindet. Zum Oberflächenwasser gehören neben ablaufendem oder sich stauen- dem Niederschlagswasser auch Oberflächengewässer wie Flüsse, Seen und Küstengewässern. 5 Fliessgewässer sind entscheidend bei der Gestaltung von Landschaften be- teiligt, was man auch als geomorphologischen Einfluss der Fliessgewässer bezeichnet. Durch die Abtragung von Material durch Wasser findet lineare, rückläufige Erosion sowie Flächenerosion. Material wird dabei ab transpor- tiert, mittransportiert und abgelagert (= Sedimentation).6 Abb. 4: Riffelsee (VS). Eigenes Foto, 2007 1.3.2 Oberflächenablauf Der Oberflächenablauf von Niederschlägen kann flächig sein, oder in immer grösser wer- Einzelrinne mehrfachrinne denden Rinnen zu Bächen und Flüssen kon- zentriert werden. geradlinig geradlinig verflochten Der Abfluss eines Flusses hängt von der Grösse seines Einzugsgebiets oder seiner Einzugsfläche, seinem jahreszeitlichen Was- serhaushalt, der wiederum hauptsächlich von Wetterbedingungen und Schnee- und Eisvorräten abhängig ist, der Grösse und Re- gelmässigkeit des Grundwasserzuflusses, der Verdunstung sowie von anthropogenen Eingriffen (Wasserfassungen, Staudämme etc.) ab. Bei zeitlich begrenzten Abflüssen spricht man von sporadischen oder periodischen Abflüs- sen, bei dauerhaften Abflüssen von peren- gewunden mäandrierend anastomosierend nierenden Abflüssen und bei sehr unregel- mässigen Abflüssen (schnelle Hoch- und Abb. 5: Klassifizierungskriterien bei Fliessgewässern. Aus: Aus: DYNAMIQUEFLUVIATILE; Schweizerische Geomorphologische Gesellschaft, Fiches – Géomorphologie de la mon- Niedrigwasser) von episodischen Abflüssen. tagne – August 2009. In Zusammenarbeit mit dem Geografie-Institut der Universitäten von Niedrigwasser ist die niedrigste Abfluss- Fribourg et von Lausanne. In: https://geomorphologie-montagne.ch/documents/#chap|3 menge eines Flusses, während Hochwasser (18.8.2024) eine starke Zunahme der Abflussmenge be- deutet. Beide Phänomene sind punktuell und hängen mit besonderen Wetterbedingungen zusammen (Trockenheit oder starke Niederschläge; massive Schnee- oder Eisschmelze) und dürfen nicht mit Niedrig- und Hochwasser (Abflüsse un- ter/über dem durchschnittlichen Jahresabfluss) verwechselt werden. In Abhängigkeit der Grösse, des Einzugsgebiets, des Abflusses, kann man folgende Wasserlauf: 5 Definition aus: https://de.wikipedia.org/wiki/Oberflächenwasser (16.8.2024) 6 Aus: DYNAMIQUEFLUVIATILE; Schweizerische Geomorphologische Gesellschaft, Fiches – Géomorphologie de la montagne – August 2009. In Zusammen- arbeit mit dem Geografie-Institut der Universitäten von Fribourg et von Lausanne. In: https://geomorphologie-montagne.ch/documents/#chap|3 (18.8.2024) Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 3 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie - Wildbach: Ein Wasserlauf mit starkem Gefälle und unterschiedlich starker Strömung, der durch Niederschläge und/oder Schnee- und Eisschmelze gespeist wird und sich in gebirgigen Gebieten befindet. - Rinnsal: Ein sehr kleiner, meist nur intermittieren, periodisch oder saisonal fliessender Wasserlauf mit geringer Fliessgeschwindigkeit weniger als 1 Meter breit. - Bach: Ein kleiner, flacher, dauerhaft fliessender (= perennierender) Wasserlauf mit geringer bis mittlerer Fliess- geschwindigkeit (durchschnittlicher Jahresabfluss in der Regel unter 100 l/s und 1-3 Meter breit). - Kleiner Fluss: Ein mittlerer Wasserlauf, der kontinuierlich fliesst und 3-10 Meter Breite aufweist. - Fluss: Ein grosser Wasserlauf, der kontinuierlich in einem meist natürlichen Flussbett fliesst und mindestens 10 Meter Breite aufweist. - Strom: Ein grosser, kontinuierlich fliessender Wasserlauf, der durch die Vereinigung einer Reihe von Flüssen ge- bildet wird und in der Regel im Meer oder Ozean endet. AUFSICHT QUERSCHNITT Unterirdi- oberirdisches Einzugsgebiet sches Ein- zugsgebiet Karstgebiet Karst- Riedel* (zerklüfteter Kalk) gebiet Quelle Wasserun- durchlässige Mergelschicht Talein- schnitt Die Grenzen der Was- serscheiden bilden das oberirdische Ein- zugsgebiet Taleinschnitt Unterirdisches Einzugsgebiet Abb. 6: Darstellung in Aufsicht und Querschnitt eines Einzugsgebietes mit seinen unterschiedlichen Bereichen. * Ein Riedel ist ein schmaler, langgestreckter, flacher Geländerücken zwischen zwei Tälern. Der der Verlauf der Bäche und Flüsse ist von mehreren Faktoren abhängig, wie z. B. dem Gefälle, dem vorhandenen Geschiebe, der Uferbeschaffenheit und den hydrologischen Eigenschaften des Wasserlaufs (Stabilität des Regimes je nach Jahreszeit). Natürliche Wasserläufe weisen daher sehr unterschiedliche Verläufe auf: geradlinig, gewunden oder mäandrierend, verflochten oder a- nastomosierend (Abb. 5). Eine Variation der Flussrinnen und Schwemmbänke ist bei verflochtenen Flüs- sen aufgrund der vielen mitgeführten Sedimenten sehr gross, bei einem a- nastomosierenden Fluss aber nur gering. Letztere kommen vor allem dann vor, wenn das Gefälle sehr gering ist, wie in den grossen Ebenen Sibiriens oder des Yukon, fehlen jedoch in den Alpen (stärkeres Gefälle, kürzere Distanzen). Das Gegenstück zum Oberflächenwasser ist das Grundwasser. 1.3.3 Vom Grund- zum Trinkwasser Im Gegensatz zu Oberflächen- befindet sich Grundwasser unterhalb der Erd- oberfläche. Durch Versickern der Niederschläge und Infiltration des Wassers aus Seen und Flüssen gelangt es unter die Erdoberfläche. Die Schicht, in welcher sich Grundwasser aufhält und fliesst, wird als Grund- Abb. 7: Schematische Darstellung der Entstehung ei- wasserleiter oder Aquifer bezeichnet. Die Fachgebiete, die sich mit dem nes Prallhangs. Aus: https://de.wikipedia.org/wiki Grundwasser befassen, sind die Hydrogeologie und die Grundwasserhydrau- /M%C3%A4ander#/media/Datei:Helicale_Str%C3% lik.7 B6mung_im_M%C3%A4ander_mit_Prallhang_und _Gleithang.png (1.11.2023) 7 Definition aus: https://de.wikipedia.org/wiki/Grundwasser (16.8.2024) Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 4 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie Viel Grundwasser wurde nach der letzten Eiszeit gebildet. Flüsse hatten damals grosse Gebiete mit Sand und Kies auf- gefüllt und damit die Grundlage zur Versickerung des Re- gen- und Oberflächenwassers geschaffen. Beim Erreichen einer undurchlässige Schicht wie Fels oder Lehm, wird das versickerte Wasser gestaut und es bildet ein Grundwasser- vorkommen und Grundwasserströme. Gleichzeitig wird es durch die langsame Bewegung im Untergrund gefiltert und gereinigt. Wertvollem Trinkwasser wird so gebildet. Besonders mächtige Grundwasservorkommen liegen ent- lang grosser Flussläufe, z. B. im Schweizer Mittelland. Hier Abb. 8: Absenkung der Grundwasseroberfläche durch Pumpen – Die Grund- liegt aber auch die am dichtesten besiedelte Region der wasseroberfläche senkt sich zuerst rund um die Bohrung trichterförmig ab, Schweiz. Interessenskonflikte sind daher kaum zu vermei- um zum Schluss grossräumig bis auf die Tiefe des Bohrlochs zu fallen. Nur durch eine Kontrollbohrung kann überwacht werden, dass sich die Grundwas- den. 8 seroberfläche nicht dauerhaft absenkt. Aus: Geo Terra Klett BiBox, S. 104. In anderen Regionen der Erde wird Grundwasser wegen zu geringem Niederschlag nicht mehr erneuert. Man spricht daher von fossilem Grundwasser, z. B. in der Sahara.9 Abb. 9: Grundwasservorkommen und Wasseraustausch mit der Oberfläche. Aus: Geo Terra Klett BiBox, S. 103. Trinkwasser ist Süsswasser mit einem so hohen Reinheitsgrad, dass es für den menschlichen Gebrauch, insbesondere zum Trinken und für den täglichen Bedarf des Menschen geeignet ist. Es ist das wichtigste Lebensmittel überhaupt und kann nicht ersetzt werden.10 Zum Trinkwasser zählt man Wasser, welches zum Kochen, zur Zubereitung von Speisen und Getränken oder für die folgen- den häuslichen Zwecken verwendet wird: Körperpflege und -reinigung, Reinigung von Gegenständen, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen (Gläser, Geschirr, Bestecke), Reinigung von Gegenständen, die mit dem menschlichen Körper in Kon- takt kommen (Kleidung, Wäsche). Trinkwasser darf also keine krankheitserregenden Mikroorganismen enthalten und sollte eine Mindestkonzentration an Mineralstoffen enthalten. Im Gegensatz zu anderen natürlichen Ressourcen wird Wasser nicht wirklich «verbraucht». Wasser wird nur gebraucht, kann dabei verunreinigt werden und ist danach eventuell mit Schadstoffen belastet. Die gesamte Wassermenge der Erde (alle Aggregatzustände) bleibt aber konstant, nur die Verteilung zwischen den Umweltkompartimenten ändert sich. 11 Die Schweiz verfügt über wichtige Wasserreserven in Gletschern und Grundwasser. Eine Niederschlagsmenge von gut 60 8 http://wasserqualitaet.svgw.ch/index.php?id=771 & http://trinkwasser.svgw.ch (13.10.2017) 9 Geo Terra Klett BiBox, S. 105. 10 Eingangs- und Leitsatz der DIN 2000. 11 win Nr. 9, DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V., Bonn. & https://de.wikipedia.org/wiki/Trinkwasser (1.11.2023) Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 5  Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie Mrd. m3 pro Jahr erneuert diese Reserven. Etwa 1/3 der gefallenen Niederschlagsmenge verdunstet, 1/3 fliesst an der Oberfläche in Flüssen und 1/3 mittels Grundwasser in den Boden ab.12 Ein Teil des Niederschlags bleibt als Schnee und Eis liegen (16%), lagert in Seen (40%) oder in Grundwasservorkommen (44%). Auf diese Weise werden in der Schweiz Wasser- mengen von zirka 340 Mio. m3 Wasser gespeichert.13 Bodenwasser befindet sich oberhalb von Grundwasser und besteht aus Sickerwasser, welches aus Niederschlägen in den Boden infiltriert.14 Weiteres zu Gletschern im Kapitel 5. Aufgabenblock 1 O A] Notieren Sie alle an einem durchschnittlichen Tag konsumierten Produkte und errechnen Sie mit Hilfe der Tabelle Tab.1, wie viel Liter virtuelles Wasser Sie insgesamt konsumiert haben. ODER: Berechnen Sie Ihren Wasserverbrauch für einen durchschnittlichen Tag auf: https:// www.gelsenwasser.de/wasser/wasserverbrauchsrechner/ (7.11.2024). B] Ein Wassereinzugsgebiet hat ein mobiles Speichervolumen Vm von 12,0 Mio. m3. Der mittlere jährliche Abfluss beträgt rund 0,15 m3/s. Wie hoch ist die mittlere Verweilzeit des Wassers im System? 15 _______________________________________________________ D] Erklären Sie die unterschiedlichen Angaben bei der Abb. 3 Der Wasserkreislauf. Wieso entsprechen die roten Zahlen (Transport in 1000 km³ pro Jahr) nicht den dunkelblauen Zahlen (beobachtete Werte). gE] Wie werden regio- nale Wasserkreis- läufe durch Brei- tengrad, Jahres- zeiten, Luftzirkula- tion, Topografie, Vegetation und Bodenbeschaffen- heit beeinflusst? OF] Ist die folgende Aussage korrekt? «Im oberflächli- chen, globalen Wasserkreislauf geht kein Wasser verloren.» Be- gründen Sie Ihre Beurteilung. G] Beschreiben und Abb. 10: analysieren Sie Vorkommen das Problem der fossilen Grundwassers in der Sahara und der Wasserversor- Sahel-Zone. Aus: Geo Terra Klett BiBox, S. 105. gung und der Bewässerung in Mali mittels Abb. 10-13. Abb. 11: Sahel-Niederschlagsindex ab 1901. Der Index stellt die Veränderung der Niederschläge während der Regenzeit in einem bestimmten Messgebiet dar. Auffallend ist der Rückgang zwischen den 1950er und 1980er Jahren, gefolgt von einem langsamen Anstieg. Aus: https://de.wikipedia.org/wiki/Sahel- zone#/media/Datei:Sahel_rainfall_timeseries_en.svg (18.8.2024) 12 http://wasserqualitaet.svgw.ch/index.php?id=771 & http://trinkwasser.svgw.ch (13.10.2017) 13 http://wasserqualitaet.svgw.ch/index.php?id=771 & http://trinkwasser.svgw.ch (13.10.2017) 14 Geo Terra Klett BiBox, S. 103. 15 Ebd. Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 6 Aufgabenstellung Einleitung: A] Finden Sie inhaltliche Fehler in einem oder in beiden Texten?  Zwei Fehler im ersten Text: «Die höchste Spitze der Schweiz ist die Dufourspitze im Matterhorn, die fast 4’000 Meter hoch ist.»; Beim zweiten Text gibt es mehrere unpräzises Stellen: 1. «Mont-Blanc-Massiv» liegt in F, nicht CH; 4. «die Ticino» ist falsch = DER...; 5.: «Diese Gewässer sind oft in glazialen Tälern entstanden» ist zu unpräzise. 6.: «Wasserlösungspro- zesse» ist falsch, da es sich um einen Prozess der chemischen Verwitterung handelt. 7.: «Dies hat zu Erdbe- ben geführt und die Landschaft geformt» ist zu unpräzise. Zusammenfassender Text am Ende: «Geologische Kräfte» ist falsch, da es sich um endo- UND exogene Kräfte handelt. B] Welche Unterschiede sind zwischen den beiden Texten vorhanden? Wieso gibt es diese Fehler?  der erste Text weist viele Wortwiderholungen und insgesamt zu wenig Tiefgang auf. Der zweiter Text ist detailreicher und besser gegliedert, weist aber ebenfalls diverse Probleme auf (siehe unter A]). Lösungsvorschläge zum Aufgabenblock 1: A]  individuelle Lösungen.  B]  2,535 Jahre (1 Jahr = 365,25 d) C] Umrechnungen: 1 L/m² = 1’000 mm³/m2 = 10 m³/ha. Erklärung dazu: 1 L/m² = 1‘000‘000 mm3 /m2 Das entspricht 1 mm Höhe NS (Niederschlag) pro m2 1 mm/m2 = 10 m³/ha, weil 1 ha = 10‘000 m2 ist. D] Erklären Sie die unterschiedlichen Angaben bei der Abb. 1 Der Wasserkreislauf (Seite 2). Wieso entsprechen die roten Zahlen ( Transport in 1000 km³ pro Jahr) nicht genau den dunkelblauen Zahlen (beobachtete Werte).  Messfehler und ungenau Beobachtungen können zu sehr unterschiedlichen Werten führen. Nachtrag zu den Zahlen: 1 km3 = 1'000'000'000 m3 (1 Mia. m3) = 1'000'000'000'000 Liter E] Wie werden regionale Wasserkreisläufe durch Breitengrad, Jahreszeiten, Luftzirkulation, Topografie, Vegeta- tion und Bodenbeschaffenheit beeinflusst?  Hier einige von vielen Lösungsvorschlägen:: Breitengrad: Je nach Sonneneinfallswinkel verändert sich die Temperatur und damit auch die maximal mögli- che Luftfeuchtigkeit. Die Niederschlagsmenge und -Intensität verändern sich. Jahreszeiten: Die Temperatur verändert sich im Laufe eines Jahres umso stärker, je weiter man sich vom Äquator entfernt.; Luftzirkulation: Die Verweilzeit von Wasserdampf in der Atmosphäre ist sehr kurz im Vergleich mit dem Erd- innern oder gar bei Gletscher- und Poleis. Topografie: Die Topografie beeinflusst das Einzugsgebiet eines Flusses, je steiler die Flusstäler sind, desto schneller erfolgt der Abfluss. Vegetation & Bodenbeschaffenheit: Die Intensität von Evaporation und Transpiration ist lokal sehr unter- schiedlich und hängt auch von Bodenbeschaffenheit und der Vegetation ab (wie auch von Wasserverfügbar- keit sowie dem Klima). F] Ist die folgende Aussage korrekt? «Im oberflächlichen, globalen Wasserkreislauf geht kein Wasser verloren.» Begründen Sie Ihre Bewertung.  Übernutzung des Grundwassers durch: (Massen erhaltungsgesetz) Wasser allgemein = 1) Mehrverbrauch: gestiegener Lebensstandard (Pro-Kopf-Verbrauch), Bevölkerungsanstieg 2) Grundwassererneuerung bleibt aus, da weniger Niederschlag als beim langjährigen Durchschnitt fällt. G] Beschreiben Sie das Problem der Bewässerung und der Wasserversorgung in Mali mittels folgenden Grafiken (S. 5&6).  individuelle Lösungen. Hier einige von vielen Lösungsvorschlägen: 1) Gleichgewicht (früher) Niederschlag & Wassernutzung halten sich die Waage, das verbrauchte Wasser kann ersetzt werden. 2) Landwirtschaftliche Revolution (Indien: Green Revolution in den 1970er Jahren): Einsatz von Maschinen, Düngemittel, Insektizide, Pestizide  Bekämpfung von Hunger, Armut. ABER: Übernutzung beginnt. 3) Übernutzung eines fragilen Bodens, Überweidung  Zerstörung des Bodens: Verwüstung, Desertifika- tion  Abwanderung = Landflucht  Vergrösserung der Slums in den Grossstädten. Auf die Aufgaben H] bis K] sind wir überhaupt nicht eingegangen. Lösungsvorschläge zum Aufgabenblock 2: 1. Das Einzugsgebiet der Rhone vergrössert sich von Brig bis Marseille um das Hundertfache, der Abfluss jedoch nur um das Vierzigfache. Was schliessen Sie daraus?  Die zuleitenden Flüsse unterhalb des Genfersees führen weniger Wasser als das Wasser, welches die Rhône aus dem Rhonegletscher und die anderen Glet- scherabflüssen mitbringt1. Das alpine Einzugsgebiet der Rhone bei der Messstation Brig umfasst rund 900 km3. Bis zur Mündung ins Mit- telmeer vergrössert sich ihr Einzugsgebiet auf 95500 km3 und der Abfluss nimmt von rund 40 m3 pro Sekunde 1 Geo Terra Klett BiBox, S. 106. 1  auf 1600 m3 pro Sekunde zu. Der Abfluss der alpinen Bäche und Flüsse ist von Schneeschmelze und schmel- zendem Gletschereis dominiert, die von Frühjahr bis Hochsommer hohe Abflussmengen verursachen. Im Jura hingegen trägt 2. In welchem Bach würden Sie bei Gewittergefahr auf keinen Fall ba- den gehen: a) in einem Bach mit einem langgezogenen, dicht bewaldeten Einzugsgebiet. b) in einem Bach mit einem kreisförmigen, vegetationsarmen Einzugsgebiet? Begründen Sie Ihre Antwort.  In einem Bach mit einem kreisförmigen, vegetationsarmen Einzugsgebiet, da sich bei einem eher kreisförmi- gen Einzugsgebiet sich das Regenwasser schneller sammelt als in einem länglichen Einzugsgebiet und da bei einem Einzugsgebiet mit dichter Vege- tation ein Teil des Niederschlags an den Pflanzen hängen bleibt und verzögert in den Boden gelangt und. Lösungsvorschläge zum Aufgabenblock 3: A] Der Fluss Niagara, der den Eriesee mit dem Ontariosee (USA/Ka- nada) verbindet, stürzt bei den Niagara-Fällen zirka 55 m in die Tiefe. Die Niagara-Fälle entstanden am Ende der letzten Eiszeit, sie ≈≈≈≈≈ waren ursprünglich unweit des Ontariosees gelegen. Seit dieser Zeit sind sie bereits 10 km zurückverlegt worden. Erklären Sie diese «Wanderung» der Fälle in eigenen Worten. Erstellen Sie ein Längs- profil des Niagara-Flusses mittels Abb. 10 & 21 und evtl. der Karte Eine rückschreitende im SWA (2017), S. 164.3 & Abb. 21. Erosion kann spektakuläre Folgen haben. Die Ni- agara-Fälle werden im Laufe der Zeit bis zum Erie- Abb.: Die kanadischen (im Westen) und die us-amerikanischen Niagara- Sees rückwärtserodieren und den See schliesslich fälle (im Osten); in grüner Farbe ist die Grenze zwischen Kanada und den USA eingetragen. Aus: SWA S. 164, unten links. zum Auslaufen bringen. Kanadische Niagarafälle 1678  55 m sche See Ontario- < ca.  103 m Niagarafälle See ≈≈≈≈≈≈ > heute B] Zeichnen Sie das schematische Profil eines ima- ginären Stromes (Fluss der sich ins Meer ergie- sst). Wählen Sie eine angepasste Überhöhung. Die Quelle des Flusses soll auf 3000 m H. ü. M. liegen, der Oberlauf ist bis zu einer H. ü. M. von 3‘000 m ü. M. 300 m, der Mittellauf bis zu einer H. ü. M. von 50 m und der Unterlauf verläuft bis zur Mündung ins Meer. Beschriften Sie Ihre Zeichnung voll- ständig.  C] Bangladesch & Kaschmir. Material: SWA, S. 133,. M. unten (Bangladesch und Kaschmir), SWA S.125 300 m ü. unten rechts & Abb. 23 & 24: Vergleichen und ü. M 5 0m analysieren Sie die Situation der beiden Regio- nen – Bangladesch und Kaschmir – bezüglich der Mee Sicherheit der Wasserversorgung und der Über- schwemmungsgefahr der Bevölkerung.  In- dividuelle Lösungen. D] SWA S. 126 & 127 (Windrichtungen und Klimadiagramme Asiens): Studieren Sie die Monsune sowie die Niederschlagsverteilung der beiden Regionen Bangladesch und Kaschmir. Passen Sie Ihre Analyse der beiden Regionen entsprechend an.  Individuelle Lösun- gen. E] Formulieren Sie in eigenen Worten den Zusam- menhang zwischen der Korngrösse eines Sandkorns, der Fliessgeschwindigkeit eines Gewässers, der Erosion sowie der Ablagerung dieses Sandkorns gemäss dem Hjulström-Diagramm.  Das Hjulström-Diagramm zeigt die Transportkapazität fliessenden Wassers in Abhängigkeit der Korngrösse und der Fliessgeschwindigkeit (bei einer Wassertiefe von 1 m). 2 F] Welche Fliessgeschwindigkeit muss vorhanden sein um ein Grobsandkorn mit 1 mm Durchmesser abzutragen (= zu erodieren)? Ab welcher Fliessgeschwindigkeit wird es sedimentiert?  Erosion eines Sandkorns mit 1 mm Durchmesser bei ca. 38 cm/s und mehr; Sedimentation oder Ablagerung bei ca. 6 m/s und langsamer. G] Ist die folgende Aussage richtig oder falsch: Bei einer Fliessgeschwindigkeit von 10 cm/s befindet sich ein Kieskorn mit einem Durchmesser von 10 mm in der Schwebe?  falsch, es ist abgelagert. H] Ist die folgende Aussage richtig oder falsch: Die Erosion von Feinsand (Durchmesser von ca. 0,05-0,2 mm) erfolgt normalerweise bei einer Fliessgeschwindigkeit zwischen 20 und 30 cm/s?  richtig, zw. ca. 18-35 cm/s. i]  Ist die folgende Aussage richtig oder falsch: Bei einer Fliessgeschwindigkeit von weniger als 1 cm/s lagern sich alle Sandkörner ab? man muss differenzieren, da feine Sandkörner mit einem Durchmesser von weniger als ca. 0,1 mm eigentlich in der Schwebe (Transport) bleiben, aber die Antwort ist abhängig von der Definition eines «Sandkorns»! K] Ist die folgende Aussage richtig oder falsch: Bei einer Fliessgeschwindigkeit von rund 90 cm/s befinden sich alle Sandkörner (0,2-2 mm Durchmesser) in der Schwebe?  richtig. L] Formulieren Sie in eigenen Worten den Zusammenhang zwischen der Korngrösse eines Sandkorns, der Fliessgeschwindigkeit eines Ge- wässers, der Erosion sowie der Ablagerung dieses Sandkorns gemäss dem Hjulströmdiagramm.  Die Transportkapazität eines Gewässers bezüglich des Transportes eines Sandkorns hängt von der Fliessgeschwindigkeit und der Grösse des Sandkorns ab und es spielt eine Rolle, ob es sich um Erosion (1), Transport (2) oder Sedimentation (3) (Ablage- rung) handelt  Dreiteilung des Diagramms. Zu (3): Grundsätzlich gilt bei der Ablagerung, je grösser die Korngrösse und je geringer die Fliessgeschwindig- keit ist, desto schneller wird ein Korn abgelagert. Hier handelt es sich also um einen linearen Zusam- menhang. Zu (1): Bei der Erosion ist der Zusammenhang nicht linear. Nach Überwindung der Reibung wird ein Sandkorn im Wasser schwebend mitgetragen. Bei grossen Körnern (> 4 mm) braucht es eine höhere Fliessge- schwindigkeit um sie abzutragen. Aber bei feinen und sehr feinen Körnern (Ton, Schluff) braucht es ebenfalls eine höhere Fliessgeschwindigkeit um sie vom Untergrund zu lösen als bei Sandkörnern mit einem Ø 0,1 -1 mm), denn hier ist die Oberfläche im Verhältnis zur Masse sehr gross (Reibung). Zu (2): Bei einer Abnahme der Fliessgeschwindigkeit (Körner sind in der «Schwebe») lagern sich zuerst Körner einer mittleren Grösse ab. Erst danach folgen die kleineren aber auch die grösseren Körner. Die Erosion findet allgemein in schnellfliessendem Gewässer statt, und damit im Oberlauf eines Flusses, weil das Gefälle hier besonders gross ist. Auch auf der Untergrund spielt eine Rolle: je glatter die Unterlage ist, z.B. im harten Granit oder Gneiss, desto eher wird ein Korn mitgetragen da hier die Reibung gering ist. Bei einem unruhigen Untergrund hingegen ist die Reibung allgemein höher und die Sandkörner bleiben bei gleicher Fliessgeschwindigkeit länger liegen. M] Warum befinden sich in der Schweiz keine Ästuarmündungen?  Es gibt keine (messbaren) Gezeitenbewegungen der Schweizer Gewässer. N] Fluss Mündungstyp S. im SWA Fluss Mündungstyp S. im SWA Amazonas Ästuar-Deltamündung S. 169 & 170 Mississippi D (Fingerförmige Del- S. 153 tamündung) Donau Deltamündung S. 52/3 & 108 Niger Deltamündung S. 111/120 Elbe Ästuarmündung S. 52 & 86 Nil Deltamündung S. 111/122 Ganges Ästuar-Deltamündung S. 124, Orinoko Ästuar-Deltamündung S. 169/170 134/133.2 Gironde Ästuarmündung S. 74 Po D (Fingerförmige Del- S. 51/98 tamündung) Indus Deltamündung S. 134 Rhein (Bodensee) Einfache Deltamün- S. 25 dung Irawadi Ästuar-Deltamündung S. 134 Rhein-Maas Ästuar-Deltamündung S. 52/86 Kongo Ästuarmündung S. 111 Rhône Deltamündung S. 50/52 Lena Deltamündung oder S. 124/182 Río de la Plata Ästuarmündung S. 169/170 Ästuar-Deltamündung Maggia Deltamündung S. 25/43 Sankt-Lorenz-Strom Ästuarmündung S. 153 Mekong Deltamündung oder S. 136 Themse Ästuarmündung S. 74/82 Ästuar-Deltamündung Lösungsvorschläge zum Aufgabenblock 4: Tropfsteine, die von oben nach unten wachsen, nennt man A] Stalaktiten, solche, die von unten nach oben wachsen, B] Stalagmiten. C] Der grösste Teil der Landfläche in Karstgebieten eignet sich kaum für intensive Landwirtschaft. Weshalb?  In Karstgebieten versickern Niederschläge sehr schnell, der Boden ist deshalb meist zu trocken für eine inten- sive Landwirtschaft. D] Begründen Sie die Tatsache, dass Dolinen und Poljen oft «grüne Inseln» innerhalb der kargen Karstgebiete bilden.  Böden von Doli- nen & Poljen bestehen oft aus feinkörnigem Verwitterungsschutt  Böden sind reich an Nährstoffen. Daher versickert das Wasser hier nicht so schnell wie im übrigen Karstgebiet  weniger Wasserarmut. 3 E] Ordnen Sie die folgenden Begriffe den Kästchen in der Darstellung auf der nächsten Seite zu: Höhle, Doline, Schwundloch, Tropfstein, Karren & Schratten Abb. 18: Oberirdische und unterirdische Karst- formen. Aus: EGLI, Hans- Rudolf; HASLER, Martin (Hrsg.): Geografie – Wis- F] Karsterscheinungen (Filmausschnitt) Zersetzende Wirkung des Regens wegen CO2-Gehalt der Luft. Bsp.: CO2 und H2O verbinden sich zu H2CO3 (Kohlensäure) Das Kalziumkarbonat, der Hauptbestandteil der Kalkgebirge (Jura, Kalkalpen), wird durch das H2CO3 aufgelöst Hohlräume, un- terirdische Flüsse, Tropfsteinhöhlen mit Stalaktiten, Stalagmiten & Säulen entstehen. An der Oberfläche formt sich ein Karstrelief mit trichterförmigen Dolinen (eingebrochene Hohlräume). Wenn mehrere Dolinen zusammenfallen, kommt es zur Bildung einer Polje. Aufgabenblock 5: Wenn der Golfstrom versiegt A] Ergänzen und begründen Sie die Aussagen der nebenstehenden Tabelle zur Zirkulation der Meeresströmungen. Verwenden Sie dazu die Materialien M 1 & Abb. 32, 33, 34.  Aussagen Begründungen/Bemerkungen 1. Starke Sonneneinstrahlung sowie eine ge- Der Golf von Mexiko weist eine geringe Wassertiefe auf (verglichen mit dem Atlantik). ringe relative Luftfeuchtigkeit führen zu einer Verdunstung grosser Wassermengen. 2. An der Framstrasse fallen 17 Millionen Kubik- Der Golfstrom verdunstet und kühlt sich im Nordatlantik ab  Zunahme des Salzgehalts meter Wasser pro Sekunde bis zu 4000 Meter in & Abkühlung  höhere Dichte  Absinken vor grönländischer Küste (= grösster unter- die Tiefsee hinunter. Das ist 15-mal so viel Was- irdischer Wasserfall). Es handelt sich um den eigentlichen Motor des Golfstroms. ser, wie alle Flüsse der Welt führen. 3. Der Golfstrom sorgt für gemässigtes Klima in Erdrotation & W-Winde schicken Golfstrom in Richtung Europa. Er teilt sich ca. in der höheren Breitenlagen. Mitte des Atlantiks in einen weiter in Richtung NE fliessenden Strom (Nordatlantischer Strom)  Effekt einer «Heizung» auf Westeuropäische Küste (= mildes Klima), denn die mitgeführten warmen Wassermassen sorgen am Zielort für höhere Temperaturen. 4. Hier vereinigen sich Äquatorialstrom, Florida- Der SE-Passat weht warme Wassermassen vom Äquator in Richtung Golf von Mexiko und Bahamasstrom, tanken viel Wärme und bil- wobei er sich mit den Wassermassen der Florida- und Bahamasströme vermischt. Erd- den den eigentlichen Golfstrom. rotation & W-Winde schicken Golfstrom dann in Richtung Europa. 5. Verdunstung, Abkühlung und eine höhere Der Golfstrom verdunstet teilweise und kühlt sich im Nordatlantik ab  Zunahme des Salzkonzentration verändern die Dichte des Salzgehalts & Abkühlung führen zu einer höheren Dichte und damit zum Absinken vor Wassers und machen es schwerer. der grönländischen Küste (= grösster unterirdischer Wasserfall). Dadurch fliessen Was- sermassen in ca. 4'000 m Tiefe (knapp über Meeresboden) zurück zum Äquator. 6. Passatwinde und die Erdrotation bewegen Die Passatwinde sind Ost-West gerichtete Luftströmungen im Atlantik (aber auch im Pa- warme, tropische Wassermassen. Warmes zifik und Indischen Ozean). Der Golfstrom teilt sich ca. in der Mitte des Atlantiks in einen Oberflächenwasser fliesst nordöstlich. weiter in Richtung NE fliessenden Strom (Nordatlantischer Strom)  Effekt einer «Hei- zung» auf Westeuropäische Küste (= mildes Klima). 7. In diesen Zonen sinken kalte, salzreiche und Das Absinken dieser Wassermassen vor der grönländischen Küste stellt den grössten un- damit schwere Wassermassen in die Tiefen der terirdischer Wasserfall dar. Dadurch fliessen Wassermassen in ca. 4'000 m Tiefe – knapp Ozeane ab und ziehen auf diese Weise oberflä- über dem Meeresboden – zurück zum Äquator und weiter in Richtung Antarktis. chennahe Ausgleichsströmungen nach sich. 8. Oberflächenströmungen führen zum Energie- Das Aufsteigen im Bereich des Indischen Ozeans sowie der Rückstrom an der Oberfläche austausch zwischen äquatorialen und polaren in Richtung Süden und um Afrika bilden einen Teil des weltweiten Strömungssystems Regionen. (auch Förderband) genannt. Quelle der Antworten: https://www.planet-wissen.de/natur/meer/der_golfstrom/index.html und https://wdrmedien-a.akamaihd.net/medp/podcast/weltweit/fsk0/265/2655525/planetwissen_2023-03-30_dergolfstrom_wdr.mp4 (26.11.2023) B] Wenn der Golfstrom versiegt (mit Texten M1 bis M3 & Abb. 33 und 34 als Lösungshilfen) i) Erklären Sie den derzeitigen Verlauf der Zirkulation und Auswirkungen des Golfstromes. Verwenden Sie die Materialien Text M 1 & Abb. 33, 34.  Der Golfstrom bzw. der Nordatlantikstrom in dessen Verlängerung fliesst als Oberflächen- strom vom Golf von Mexiko bis in den Nordatlantik. Auf diesem Weg verdunstet ein Teil des Wassers, so 4  dass dessen Salzkonzentration zunimmt. Damit nimmt die Dichte des Oberflächenwassers zu und es sinkt ab. Darüber hinaus kommt es zu einer Abkühlung. Als kalter Tiefenstrom zirkuliert das Wasser wieder nach Süden und wird in einen weltweiten Kreislauf eingebunden. Das Aufquellen des Tiefenwassers findet hauptsächlich im Antarktischen Zirkumpolar-Strom statt. Der Oberflächenstrom mit der 500-fachen Was- sermenge des Amazonas transportiert Energie, die etwa der Menge entspricht, die 250 000 mittlere Kraft- werke produzieren. Damit wird die Temperatur Mittel- und Nordeuropas um etwa 5 °C gegenüber Statio- nen auf vergleichbaren Breitenkreisen erhöht. ii) Bringen Sie die die Aussagen j bis m der thermohalinen Zirkulation (Material Text M 1) in die richtige Reihenfolge.2, 1, 4, 3 (oder gleiche Reihenfolge mit anderem Beginn, z.B. 1, 4, 3, 2). iii) Erläutern Sie Ursachen und Folgen der Störung oder des Versiegens des Golfstromes unter Verwendung der Materialien Abb. 33 & 34 sowie den Texten M 2 & M 3.  Wenn Störfaktoren auf die Zirkulation wirken, kann es zu deren Zusammen- bruch kommen. Damit würde kein Energietransport mehr aus den tropischen Wärmegebieten nach Mittel- und Nordeuropa erfolgen. Es würde zu einem Abfall der Durchschnittstemperaturen und zu einer drasti- schen Klimaänderung kommen. Ein sich schon andeutender Störfaktor kann die durch den anthropogen verstärkten Treibhauseffekt verursachte Erhöhung der globalen Temperaturen sein. Das bereits schon ge- messene verstärkte Abschmelzen des arktischen Meereises bzw. der grönländischen Inlandeisgletscher führt zu verstärktem Eintrag von Süsswasser in die Absinkgebiete des Golfstromwassers. Diese Aussüssung (Verringerung des Salzgehalts des Meereswasser durch Schmelzen von grossen Mengen an Festlandeis durch die Gletscherschmelze) verringert die Wasserdichte und führt dazu, dass die Absinkbewegungen blo- ckiert werden. Damit käme die Zirkulation langfristig zum Erliegen. Aufgabenblock 6: A] Wie und wieso kommt es zu dem im Kapitel 6 beschriebenen Unterschied der Schneebedeckung der Erde?  Die unterschiedliche Landmassenverteilung der Erde – die meisten Kontinente liegen auf der Nordhalbkugel – sowie die grössere Nähe zum Äquator der Landmassen auf der Südhalbkugel, führen dazu, dass es auf der Nordhalbkugel viel grössere Schneemassen gibt als auf der Südhalbkugel. B] Erklären Sie, warum Gletscherseen in den letzten Jahren immer grösser werden und welche Gefahr sie darstellen.  Durch die welt- weite Erwärmung ist es zu einem verstärkten Abschmelzen der Gletscher gekommen. Wenn Moränen eine Barriere bilden, die einen Abfluss des Sees verhindert, kommt es zu einem Anstieg des Wasserspiegels. Bei einem Anstieg des Wasserdrucks kann die Barriere durchbrochen werden & die angestauten Wassermassen ergiessen sich ins Tal. In bewohnten Gebieten kann dies zu erheblichen Schäden führen. C] Beschreiben und analysieren Sie anhand der Abb. 36-38 & Tab. 4 die Bedeutung der Gletscher für die Bewässerung der trockenen Hoch- täler am gegebenen Beispiel.  Individuelle Lösungen D] Beschriften Sie das un- tenstehende Schema eines fliessenden Eis- stroms/Gletschers.  Leeseite mit sub- glazialem Hohl- Gletschereisbasis & Eisflussrichtung raum und Geröll Eisstromrichtung Stossseite Abb.: Schematische Darstellung der glazialen, abschleifenden Tätigkeit mit Geröllvorschub. Aus: https://de.wikipedia.org/wiki/Gletscher#/media/File:Arranque_glaciar-de.svg (27.10.2017) 5 E] Beschriften Sie das nebenstehende Alpennordseite während der Eiszeit Landschaftsbild vor der letzten Eis- zeit und heute!  Alpennordseite heute F] Erstellen Sie mit den untenstehenden Begriffe eine Mind-Map und setzen Sie Richtungspfeile um den Vorgang des Gletscherrückgangs korrekt zu erläutern: Abschmelzen der Gletscher – Höhere Temperaturen – Klimawandel – längere, wärmere Sommer – Glet- scher werden kleiner – starkes Verbrennung von Kohle, Erdöl, Erdgas – Freisetzen von Treibhausgasen  6 H] Ergänzen Sie die Beschriftung der beiden nebenstehenden Zeichnungen (oben: Längsprofil durch einen alpinen Gletscher / unten: Schematischer Grundriss eines alpinen Gletschers) mit den folgenden Begriffen: Mittelmoräne – Seitenmoräne – Grundmoräne – Endmoräne – Firnfeld – Schneegrenze – Gletscherzunge – Gletscherbach – Randspalten – Querspalten  G] Beschriften Sie das untenstehende Landschaftsbild eines jungen Hochgebirges mit den folgenden Begriffen: Hängegletscher – Gletscher – Dolinen – Gletschersee – Karsee – Moräne – Bergsturz – Karrenfeld.  I] Vergleichen Sie die beiden Bilder des Gletschers Mer de Glace bei Montanvert (Chamonix) und begründen Sie die beschriebenen Verände- rungen:   vor 1916 2001  Lösungsansatz: Vergleich: Es handelt sich jeweils um den etwa gleichen Ausschnitt einer Landschaft. Vor 1916 erstreckte sich der Gletscher bis in den Bildvordergrund. Der gesamte untere Teil des Tales ist vollständig mit dem Gletscher gefüllt. In den oberen Bergregionen im Bildhintergrund und dem linken Mittelgrund befinden sich mehrere kleinere Berg- gletscher, die zum Teil mit dem grossen Talgletscher verbunden sind. 2001 ist im vorderen Bereich des Tales der Gletscher völlig verschwunden. Nur noch im hinteren Tal sind Reste des Gletschers vorhanden. In den oberen Bergregionen sind noch vereinzelte Reste der Berggletscher zu sehen. Begründung: Der Rückgang der Gletscher hat mit dem weltweiten Klimawandel zu tun. Durch die zahllosen Ver- brennungsprozesse entweichen Treibhausgase in die Atmosphäre und es kommt zur Klimaerwärmung. Dadurch gibt es auch in den Gebirgen wärmere und längere Sommer, in denen die Gletscher immer schneller abschmelzen. Die Winterniederschläge können den Verlust nicht mehr ausgleichen. Klimaelemente: Das Klimaelement Temperatur ist bedeutend erhöht. Die Niederschlagsgesamtmenge muss sich nicht unbedingt verändert haben, aber durch den Temperaturanstieg ist es sicher zu weniger Schneefall in Herbst und Winter, dafür zu grösseren Niederschlagsmengen als Regen und Hagel in allen Jahreszeiten gekommen. 7 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie Ausgetrockneter Brunnen Mit Motorpumpe betriebener Brunnen zur Bewässerung Ursprünglicher Wasserpegel Grundwasser Absenkung des Grundwasserpegels Abb. 12: Schematische Darstellung der Auswirkungen von Tiefbrunnen. Aus: http://elib.suub.uni-bremen.de/edocs/00102919-1.pdf (29.9.2019) Abb. 13: Schema der Veränderung der Landnutzung in Mali. 2. Erosionsprozesse Unter dem Sammelbegriff Erosion werden Abtransport, Transport und Sedimentation (=Ablagerung) unterschieden. Ero- sion kann durch Wasser, Wind oder Gletscher verursacht werden. Beispiel 1: Wasser bildet durch Tiefenerosion V-Täler. Es kann aber auch Rückwärtserosion oder die Bildung von Steilküsten (Kliffs) verursachen (alles Abtransport). Weiter kann Wasser zur Bildung von Mäandern, Umlaufbergen (beide Abtransport & Sedimentation), Flussdeltas (=Sedimentation) oder einer Trichtermündung (Ästuar) führen (= Abtransport). Beispiel 2: Wind kann zu Ausblasungen und Windkantern (Abtransport) sowie zur Dünenbildung (=Akkumulation, Spezial- form der Sedimentation) führen. Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 7 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie Beispiel 3: Gletscher bilden U- oder Trogtäler, Hängetäler, Karseen, Rundhöcker, (alles Abtransport). Sie transportieren und deponieren Findlinge und Moränen sowie Drumlins (Abtransport, Transport & Sedimentation). Im folgenden Kapitel geht es um fluviale Erosion, also die Erosion welche fliessendes Wasser verursacht. 2.1 Flusserosion oder fluviale Erosion Die fluviale Erosion umfasst Tiefen- und Seitenerosion sowie rückschreitende Erosion.16 Als Tiefenerosion bezeichnet man die Abtragung von Sand, Kiesel und Schotter durch Wasser. Je schneller das Wasser fliesst, desto mehr Material kann abgetragen werden ( Kap. 2.5 Hjulström-Diagramm). Sie führt bei einer gleichartigen, eher harten Gesteinsunterlage zur Bildung von V-Tälern und Schluchten. Bei unterschiedlich harter Unterlage kommt es zur Bildung von Canyons. Mäander entstehen durch Seitenerosion und bei Fliessgewässern mit Abschnitten mit wenig Gefälle (Unterlauf).17 Die Schlaufen der Mäander werden dabei mit der Zeit durch Abtragung an der Kurvenaussenseite (Prallhang) und Sedimenta- tion an der Kurveninnenseite (Gleithang) immer weiter. Es kann bei den weiten Schlingen zum Durchbruch kommen: Ein Umlaufberg entsteht. Der Mäander wird zum Altarm und verlandet schliesslich. 18 Eine rückschreitenden Ero- sion findet an einem Was- serfall (Abb. 14) statt. Beim Knickpunkt – wo eine widerstandsfähigere Schicht eine widerstandsschwächere Schicht überlagert stürzt das Was- ser als Wasserfall in die Tiefe und erzeugt dabei Turbulen- zen am Fusse des Wasser- falls: es entsteht ein Fall- kolk. Dessen Erweiterung unterhöhlt den Wasserfall, Abb. 14: Rückschreitende Erosion am Wasserfall, in Anlehnung an Ahnert 1996, S. 230; Christopherson 1994, S. 428; Lenz 1993, S. 182. Aus: http://www.geo.fu-berlin.de/v/pg-net/geomor- bis die widerstandsfähigere phologie/medien_geomorph/medien_geomorph_fluvial/wasserfall.gif?width=930 (21.10.2017) Schicht abbricht. Der Was- serfall weicht unter Beibehaltung seiner Steilheit flussaufwärts zurück. Dieser Prozess wird auch als rückschreitende Erosion bezeichnet.19 2.2 Flussabschnitte Der Oberlauf eines Flusses ist steil. Damit ist die Fliessgeschwindigkeit hoch und die Tiefenerosion ist dominant.20 Der Wildbach stellt den Übergang, zwischen den Steilhängen und den Tälern dar. Seine Hangneigung ist gross. Er wird so- wohl durch die Niederschläge als auch durch Quellen gespeisten. Im Abflussbereich konzentrieren sich Rinnsale und bilden Akkumulationskörper: Schwemmfächer oder -Kegel. Beispiel: Illgraben bei Leuk, Wallis. Das Einzugsgebiet eines Wildbaches umfasst alle in die gleiche Richtung entwässernden Abhänge. Die Einzugsgebiete sind durch Wasserscheiden voneinander getrennt. Sowohl Wasser als auch Geschiebe werden zum Wildbach geführt. Ein Akkumulationskörper entstehen durch die Abnahme der Fliessgeschwindigkeit eines Gewässers. Dies erfolgt bei Er- weiterung des Flussbetts und / oder der Abnahme des Gefälles.21 In einem Sand führenden Flussbett können sich je nach Fliessgeschwindigkeit Rippeln und Dünen ausbilden.22 Es werden zwei Arten von Mündungen unterschieden: Deltamündungen und Ästuar- oder Trichtermündungen. Bei Deltamündungen akkumuliert das Material wegen der abnehmenden Fliessgeschwindigkeit in einem See oder im Meer. 16 http://www.geo.fu-berlin.de/v/pg-net/geomorphologie/fluvialmorphologie/flusserosion/fluviale_erosionsprozesse/index.html (21.10.2017) 17 https://www.spektrum.de/lexikon/geographie/maeander/4867 (1.11.2023) 18 AHNERT, Frank: Einführung in die Geomorphologie. 4. Auflage. 2009. 19 http://www.geo.fu-berlin.de/v/pg-net/geomorphologie/fluvialmorphologie/flusserosion/fluviale_erosionsprozesse/tiefenerosion/index.html (21.10.2017) & http://www.geo.fu-berlin.de/v/pg-net/geomorphologie/fluvialmorphologie/flusserosion/fluviale_erosionsprozesse/tiefenerosion/rueckschreitende_ero- sion/index.html (21.10.2017) 20 BURRI, Klaus: Schweiz Suisse Svizzera Svizera. Geografische Betrachtungen. Zürich 2002, S.38. 21 http://www.geo.fu-berlin.de/v/pg-net/geomorphologie/fluvialmorphologie/akkumulationsverhalten_fluesse/akkumulationskoerper/index.html (22.10.2017) 22 http://www.geo.fu-berlin.de/v/pg-net/geomorphologie/fluvialmorphologie/transportverhalten_fluesse/genese_unterwasserduenen_rippeln/index.html (22.10.2017); Animation auf: http://www.geog.fu-berlin.de/%7Eschulte/animationen/duenen.htm (22.10.2017) Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 8 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie Dabei bildet sich ein dreieckförmiges Mündungsgebiet welches Delta genannt wird.23 Ein Ästuar entsteht bei der Mündung eines Stromes in einen Illgraben Ozean oder ein Meer mit flacher Küste. Infolge des Tidenhubes Sammelbecken (=Höhenunterschied zwischen Ebbe und Flut) kann sich das mit- getragene Material nicht beim Mündungsgebiet ablagern, son- Abflussrinne Oberer dern wird jeweils mit dem Rückwärtsfliessen der Ebbe weit ins Pfynwald Meer hinaus transportiert. Susten Schwemmkegel Susten Abb. 15: Ästuar- und Deltamündungen. Aus: https://upload.wikimedia.org/wikipe- dia/commons/9/90/Delta_types.png (26.10.2017) 2.3 Einzugsgebiet eines Flusses Alle Wasserläufe eines Gebiets tragen einem grösseren Fluss Wasser zu. Das Gebiet, das durch diesen Fluss entwässert wird, Abb. 16: Situation des Leukergrunds (Abflussrinne) und des Illgrabens heisst Einzugsgebiet. Die Grenzen dieses Gebiets werden Was- (Schwemmkegel). (1) Unterer Pfynwald auf Bergsturz gewachsen; (2) Oberer Pfynwald auf Schwemmfächer. Folgen: Schwierige Verkehrs- serscheiden genannt. So beträgt das Einzugsgebiet des Rheins lage  Sprachgrenze & viel ungenutztes Land. Foto: C. Schaeren etwa 200’000 km2, d. h., alle Wasserläufe in diesem riesigen Ge- 2020; BURRI, Klaus: Handbuch Schweiz – Vorlage. Zürich, 2002, S. 35 biet münden in den Rhein und schliesslich bei Rotterdam in die Nordsee.24 Einige Flüsse der Schweiz führen ihr Wasser in ein südliches Meer ab (Doubs via Saône und Rhône und Ticino via Po ins Mittel- meer); andere durch den Rhein (z.B. die Saane via Aare) in die Nordsee und der Inn via Donau in das Schwarze Meer (s.a. Kap. 2.6). Auf rückschreitende Erosion zurückzuführen sind Verschiebun- gen einer Wasserscheide durch Anzapfung. Ein berühmtes Bei- spiel ist die Anzapfung eines früheren Quellflusses der Donau durch die Wutach im nördlichen Schwarzwald. Durch eine Rück- verlegung des Talanfangs zapfte die Wutach, ein kleiner Neben- fluss des Rheins, schliesslich den Quellfluss der Donau an, so dass dieser heute in den Rhein fliesst. Die Flussanzapfung der Wutach hat die Wasserscheide zugunsten des Rheins verschoben (vgl. Abb. 18). 25 Es gibt oberirdische und unterirdische Einzugsgebiete. Ein ober- Abb. 17: Auswirkungen der Form eines Einzugsgebietes auf die Spit- irdisches Einzugsgebiet ist durch die Topographie des Geländes zenwerte und den Hochwasserverlauf. Aus: Egli, Hans-Rudolf; Has- begrenzt. Die Ermittlung der unterirdischen Einzugsgebiete ler, Martin: Geografie. Wissen und Verstehen. Bern 2010, S. 127. durch Grundwasserströme ist sehr komplex. Heute wird das 23 http://www.geo.fu-berlin.de/v/pg-net/geomorphologie/fluvialmorphologie/akkumulationsverhalten_fluesse/index.html (22.10.2017) 24 HÜRLIMANN, Regina; EGLI-BROZ, Helena; GRIGOLEIT, Andrea: Geologie – Lerntext, Aufgaben mit Lösungen, Glossar und Zusammenfassungen. Zürich 2013. S.157-167. 25 BURRI, Karl: Die Schweiz, Zürich, 2002, S. 35. Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 9 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie Einzugsgebiet oft durch menschliche Eingriffe (Kanalbau, Wasserkraftwerk, Trinkwasserversorgung) beeinflusst.26 Abb. 19: Transportmechanismen. Aus: http://www.geo. fu-berlin.de/v/pg-net/geomorphologie/fluvialmorphologie/transportverhal- ten_fluesse/transportmechanismen/index.html (21.10.2017) Abb. 18: Flussanzapfung bringt Verschiebungen der Wasserscheide zwischen Donau und Rhein im Laufe der Jahrmillionen: a) ursprünglicher Verlauf, b) heutiger Verlauf. Aus: Burri, Karl: Die Schweiz, Zürich, 2002, S. 35. 2.4 Fluvialer Transport Neben der Erosionsarbeit transportieren Flüsse auch die abgetragenen Verwitterungsprodukte aus ihrem Einzugsgebiet ab. Das Transportvermögen der Flüsse steht dabei in Beziehung zur Fliessgeschwindigkeit und der Abflussmenge. Bei grosser Fliessgeschwindigkeit vergrössert sich die Schleppkraft sich im Quadrat der Fliessgeschwindigkeit. Nimmt die Schleppkraft ab, setzt die Sedimentation ein. 27 Die Flussfracht enthält das gesamte von den Flüssen und Bächen mitgeführte Material. Man unterscheidet: a) Lösungsfracht. Sie besteht aus gelösten Feststoffen (Ionen, Moleküle, Atome) und ist in erster Linie ein Produkt der chemischen Verwitterung. Daneben können auch organische Stoffe vorhanden sein. Die gelösten Materialien werden solange transportiert, wie das Wasser überhaupt fliessen kann, das heisst auch bei einem sehr niedrigen Gefälle. Durch den Transport der Lösungsfracht aus dem Einzugsgebiet wird dessen Abtragung daher auch dann fortgesetzt, wenn andere Transportvorgänge zum Erliegen kommen. b) Schwebe- oder Suspensionsfracht wird von Feststoffpartikeln gebildet, die klein und leicht genug sind, um vom Auftrieb und von der Turbulenz des Wassers in Schwebe gehalten zu werden. Dies sind hauptsächlich Schluff- und Tonpartikel, die von den Böden der Landoberfläche stammen. Bei starker Strömung können auch Sandkörner, bei turbulenter Strö- mung sogar grobes Geröll (Geröllfracht) transportiert werden. c) Geröllfracht oder Flussgeschiebe besteht aus Feststoffen, die an der Gewässersohle (= Flussbett) transportiert werden und besteht aus Schottern (Kies und Blockschutt, siehe Abb. 19). 28 Die Flussfracht wird auf unterschiedliche Art in Richtung Erosionsbasis transportiert: a) Fluvialer Transport der Ionen, Moleküle oder Atome als Lösungsfracht. b) Transport der Schwebe- oder Suspensionsfracht in Suspension (= schwebend). c) Die Geröllfracht rollt, gleitet oder wird am Boden des Flussbetts geschoben. d) Grössere Geröllfracht saltiert. Als Saltation bezeichnet man die springende Bewegung der Körner. Allgemein gilt, dass Teilchen umso höher springen und weiter transportiert werden, je kleiner sie sind. 2.5 Hjulström-Diagramm Das Hjulström-Diagramm veranschaulicht die Transportmechanismen von fliessendem Wasser. 29 Es zeigt den Zusammen- hang zwischen Korngrösse und Fliessgeschwindigkeit und ist doppellogarithmisch. Das Diagramm wurde vom schwedi- schen Geographen Filip Hjulström (1902–1982) aus empirischen Messungen aufgestellt und nach ihm benannt. Der oberste Teil des Diagramms (Erosion) enthält die Fliessgeschwindigkeiten, bei welchen die Partikel einer bestimmten Korngrösse immer abtransportiert (= erodiert) werden. Für die Erosion gröberer Partikel (zunehmender Korngrösse & Ge- wicht) benötigt ein Fluss eine proportional grössere Fliessgeschwindigkeit. 26 BRETSCHNEIDER, Hans; LECHER, Kurt; Schmidt, Martin: Taschenbuch der Wasserwirtschaft, 6. Auflage, Paul Parey Verlag, Hamburg und Berlin, 1982, S. 110 27 http://www.geo.fu-berlin.de/v/pg-net/geomorphologie/fluvialmorphologie/transportverhalten_fluesse/index.html (21.10.2017) 28 http://www.geo.fu-berlin.de/v/pg-net/geomorphologie/fluvialmorphologie/transportverhalten_fluesse/flussfracht/index.html (21.10.2017) 29 http://www.geo.fu-berlin.de/v/pg-net/geomorphologie/fluvialmorphologie/transportverhalten_fluesse/transportmechanismen/index.html (21.10.2017) Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 10 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie Aber auch bei sehr kleinen Korngrössen Ton Schluff Sand Kies Steine sind grosse Fliessgeschwindigkeiten nötig, da umgekehrt proportional wachsende Ko- häsionskräfte wirksam sind. Der untere Bereich im Hjulström-Dia- gramm gibt die Fliessgeschwindigkeit an, Fliessgeschwindigkeit in cm/s bei welcher ein sich in Bewegung (Trans- port) befindlicher Partikel nicht mehr wei- tertransportiert werden kann und abgela- gert (= sedimentiert) wird. Die Grenzgeschwindigkeiten für Erosion und Sedimentation liegen für sandige und gröbere Materialien relativ eng beieinan- Sedimentation der, was zur Folge hat, dass schon kleine Geschwindigkeitsänderungen einen Wechsel von Erosion zu Sedimentation und umgekehrt bewirken. Feinere Partikel hingegen werden auch bei geringen Fliessgeschwindigkeiten über Korngrösse in mm weite Distanzen hinweg befördert. Unter Abb. 20: Das Hjulström-Diagramm zeigt den Zusammenhang von Fliessgeschwindigkeit und natürlichen Bedingungen werden die er- Korngrösse bei einem Fliessgewässer in einem Meter Tiefe an. Beide Achsen sind logarithmisch. forderlichen Grenzgeschwindigkeiten aber Aus: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/60/Hjulstr%C3%B6ms_dia- gram_en.PNG (20.9.2019). auch durch turbulentes Fliessen, wech- selnde Bodenrauigkeit oder uneinheitliche Korngrössen-Gemische lokal stark verändert.30 2.6. Wasserschloss Schweiz Die Schweiz ist das Ursprungsland wichtiger Flüsse und gilt als Wasserschloss Westeuro- pas. Einem Zufluss aus den Nachbarländern von lediglich 13 km3 steht ein Abfluss von 53 km3 pro Jahr gegenüber (Abb. 21): 1) Die Rhone, der Tessin, die Adda und der Etsch in Richtung Mittelmeer, 2) der Inn via Donau ins Schwarze Meer, 3) der Rhein (mit den wichtigen Schweizer Zuflüssen Aare, Reuss und Limmat) entwässern in Richtung Nordmeer. 31 Die Differenz wird der Schweiz aus Regen (40 km3) und Schnee (20 km3) zugeführt, wovon 20 km3 pro Jahr wieder verdunsten: Wasser, welches in Form von Niederschlä- gen auf die Schweiz gefallen ist, beginnt hier Abb. 21: Wasserschloss Schweiz mit seinen Wasserscheiden. den Weg in Richtung Meer, wo es verduns- Aus: BURRI, Klaus: Die Schweiz. Geografische Betrachtungen. Zürich 2002, S. 35. tet und als Luftfeuchtigkeit oder Wolken mit dem Wind transportiert wird (Wasserkreislauf, Abb. 2). Daraus ergibt sich eine grosse Verantwortung im Umgang mit der Naturressource Wasser. Wasser der Flüsse wird in der Schweiz direkt als Trink- und Bewässerungswasser verbraucht, aber auch indirekt beim Erzeugen von Strom in Wasserkraftwerken. Entlassen wir das benutzte Flusswasser verunreinigt, müssen unsere Nachbarn das Wasser reinigen, bevor sie es brauchen können, während bei uns in fast allen Brunnen Wasser in Trinkwasserqualität fliesst. Sauberes Wasser ist wertvoll und bei jedem Eingriff in den Wasserkreislauf (Trinkwasser- entnahme, Abwassereinleitung, Wasserumleitung, Wasseraufstau) muss abgeklärt werden, wie sich diese Massnahme auf die Wasserqualität in den flussabwärts liegenden Gebieten auswirkt.32 Fliessgewässer (Bäche & Flüsse), werden hauptsächlich durch das sogenannte Abflussregime (jahreszeitliche Verteilung des Abflusses) sowie durch die Form und Beschaffenheit ihres Einzugsgebietes charakterisiert. Das Einzugsgebiet umfasst 30 http://www.spektrum.de/lexikon/geographie/hjulstroem-diagramm/3486 (1.11.2023) 31 Aus: Geo Terra Klett BiBox, S. 10-101 & BURRI, Karl: Die Schweiz, Zürich, 2002, S. 35. 32 KUGLER; Astrid: Die Erde – unser Lebensraum. Zürich 4. Aufl. 2004, S. 35. Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 11 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie die Fläche, aus der ein Gewäs- sersystem seinen Abfluss be- zieht, es ist also das Gebiet in- nerhalb der Wasserscheiden des Gewässers. In der Praxis ist es jenes Gebiet, dessen gesam- tes Wasser bei einer bestimm- ten Abflussmessstation durch- fliesst (Abb. 22). Das alpine Ein- zugsgebiet der Rhone bei der Messstation Brig umfasst bei- spielsweise rund 900 km3. Bis zur Mün -dung ins Mittelmeer vergrössert sich ihr Einzugsge- biet auf 95‘500 km3 und der Abfluss nimmt von rund 40 m3 pro Sekunde auf 1600 m3 pro Sekunde zu. Abb. 22: Abflussregimes von fünf repräsentativen Einzugsgebieten für die Periode 1984 bis 2005. Es handelt sich um den Abfluss in Litern pro Sekunde und km2von Januar bis Dezember, unterteilt in Schnee- und Glet- Der Abfluss der alpinen Bäche scherschmelze sowie Regenfall. Aus: Köplin et al. 2011. und Flüsse ist von Schnee- schmelze und schmelzendem Gletschereis dominiert. Im Jura hingegen trägt schmelzender Schnee weniger zum Abfluss bei, Gletschereis existiert gar nicht. Der Abfluss jener Bäche und Flüsse, die im Schweizer Mittelland entspringen, ist weitgehend vom Regenfall und weniger von schmelzendem Schnee bestimmt. Daraus ergibt sich eine unterschiedliche jahreszeitliche Verteilung der Abflüsse: Es wird unterschieden zwischen Abfluss- regimes, die durch Eisschmelze (glazial), durch Schneeschmelze (nival) oder durch Regen (pluvial) geprägt sind. Zusätzlich sind auch Kombinationen dieser drei Regimes möglich. Pluviale Abflussregimes wie jene von Birs 1 und Thur 2 sind während des ganzen Jahres vom Abfluss des Regenwassers dominiert, ergänzt durch wenig Schneeschmelze im Frühling. Für nivale Regimes wie jene von Rhone 3, Ticino 4 und Inn 5 ist ein geringer Abfluss in den Wintermonaten und eine Abflussspitze in Mai & Juni typisch (Niederschlag wird vorerst als Schnee gespei- chert, der erst im Mai & Juni schmilzt). Rein glazial geprägte Re- gimes existieren in den Alpen zwar nicht, das Gletscherschmelz- wasser hat bei vielen alpinen Flüssen im Sommer aber einen gros- sen Anteil am Abfluss. Während die Anteile von Gletscher- und Schneeschmelze im lang- jährigen Mittel nahezu konstant sind, können Regenfälle das Ab- flussregime kurzzeitig stark beeinflussen. Dabei spielen die Nei- gung des Geländes, die Bodenbeschaffenheit, die Art und Dichte der Vegetation und die Form des Einzugsgebietes eine zentrale Rolle (Abb. 23). Es hängt wesentlich von der Beschaffenheit des Untergrundes ab, wie schnell Regenwasser in ein Fliessgewässer Abb. 23: Abflusskurven für ein Starkregenereignis in Abhängigkeit gelangt. Ist der Boden porös und damit aufnahmefähig, kann er von Geländebeschaffenheit, Boden und Vegetation. Aus: Geo Terra versickerndes Wasser für eine gewisse Zeit zurückhalten und erst Klett BiBox, S. 101. allmählich an die Fliessgewässer abgeben. Dadurch wird die Ab- flusskurve flacher, sie ist aber in die Länge gezogen. Weist der Boden hingegen kaum Poren auf oder ist er bereits durch Schmelzwasser aus der Schneeschmelze oder voran- gegangene Niederschläge mit Wasser gesättigt, fliesst das Regenwasser direkt oberirdisch zu den ab, was kurzzeitig zu einer starken Zunahme des Wasserabflusses führt. Dasselbe gilt auch für vollständig ausgetrocknete und verkrustete Böden in Wüstengebieten. Durch maschinelle Bearbeitung verdichtete oder gar durch Hoch- und Tiefbauten versiegelte Böden reduzieren bzw. verhindern die Versickerung von Niederschlägen zusätzlich. Ist das Einzugsgebiet von dichter Vegetation bedeckt, bleibt ein Teil des Niederschlags an den Pflanzen hängen und gelangt erst verzögert zu Boden. In einem eher kreisförmigen Einzugsgebiet sammelt sich das Regenwasser schneller als in einem länglichen Einzugsgebiet, ebenso in ei- nem Einzugsgebiet mit grosser Hangneigung. Ganzjährig wasserführende Flüsse, die beispielsweise in einem Hochgebirge oder in den niederschlagsreichen Feuchttro- pen entspringen, sind perennierend. Flüsse in wechselfeuchten Klimazonen, die während mindestens einem Monat pro Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 12 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie Jahr trockenfallen, sind periodisch wasserführend und Flüsse in Trockengebieten, die sich nur nach seltenen, heftigen Re- genfällen mit Wasser füllen, werden episodisch wasserführend genannt. Im Gebirge sind die Niederschläge ergiebiger als im Flachland. Wird warme und feuchte Luft zum Aufsteigen gezwungen, kühlt sie sich ab. Beim Erreichen des Taupunkts bilden sich Wolken und es beginnt zu regnen. In den Alpen fallen diese Niederschläge ab einer Höhe von 2‘500-3‘000 m in Form von Schnee. Im Frühjahr und Sommer schmilzt dann der Schnee wieder und sichert zusammen mit den ebenfalls schmelzenden Gletschern die Wasserversorgung des Umlandes, s.a. Abb. 21: Wasserschloss Schweiz mit seinen Wasserscheiden. Gebirge werden gerne als Wasserschlösser bezeichnet. Das kommt daher, dass dort die Wasserreserven des Kontinents in Form von Schnee und Eis und in unzähligen Seen und Staubecken liegen. Bemerkbar macht sich das vor allem im Sommer, wenn z. B. im Rhein der Anteil des Alpenwassers von winterlichen 30% auf 70% anwächst. Diese Ressource wird neben der Verwendung als Trink- und Brauchwasser zur Bewässerung von Feldern und für die Energieerzeugung eingesetzt. Abb. 24: Die Hauptwasserscheiden sind als grauer Streifen dargestellt; endorheische (ohne direkten Abfluss in ein Meer oder einen Ozean) Becken sind als graue Flächen markiert. Aus: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b1/Ocean_drainage.png (1.11.2023) Rund die Hälfte der Weltbevölkerung lebt in Hochgebirgen33 oder den daran angrenzenden Wassereinzugsgebieten. In Entwicklungsländern führt der grosse Bevölkerungsdruck in Gebirgen und Hochgebirgen zu Überweidung, Entwaldung und starker Ausbeutung aller Ressourcen, vor allem auch der Ressource Wasser. Dies führt zu starker Bodenerosion. Bei- spiele von Erdrutschen & Überschwemmungen gibt es in Bolivien und Peru (Anden) oder in Nepal, Indien und Pakistan (Himalaja). Die Fliessgewässer dienen den wachsenden, energiehungrigen Metropolen auch zur Stromerzeugung. In den Alpen gibt es über 500 Kraftwerke mit mehr als 500 MW Leistung und Tausende von Kleinkraftwerken. Meistens handelt es sich um Lauf- kraftwerke (Beispiel: Elektrizitätswerk Oelberg mit Staumauer Maigrauge/Magere Au am Pérolles-See). Pumpspeicherkraft- werke dienen der Abdeckung des Bedarfs zu Spitzenzeiten. Ein weiterer Faktor des Wasserverbrauchs in Alpenländern ist der Tourismus. Zum einen wird neben Trink- und Brauchwas- ser im Winter wegen der globalen Erwärmung zunehmend Kunstschnee erzeugt. Zum anderen stellen Wasserversorgung, Abwasserentsorgung sowie Bau und Betrieb von Kläranlagen in dünn besiedelten Hochlagen ein grosses Problem dar. 34 Aufgabenblock 2 A] Das Einzugsgebiet der Rhone vergrössert sich von Brig bis Marseille um das Hundertfache, der Abfluss jedoch nur um das Vierzigfache. Was schliessen Sie daraus? Rhonegletscher Masse Wasser/verdunstung/ Es wird für Landwirtschaft/Industrie/Haushalte gebraut f Viel mehr an die B] In welchem Bach würden Sie bei Gewittergefahr auf keinen Fall baden gehen (Begründen Sie Ihre Antwort): 1. In einem Bach mit einem langgezogenen, dicht bewaldeten Einzugsgebiet? 2. In einem Bach mit einem kreisförmigen, vegetationsarmen Einzugsgebiet? ↳ Wasser steigt Sonneller ertrinkungsgefahr C] Der Fluss Niagara, der den Eriesee mit dem Ontariosee (USA/Kanada) verbindet, stürzt bei den Niagara-Fällen zirka 33 Unter Hochgebirge versteht man «eine grössere Vollform, die sich bedeutend über den Meeresspiegel erhebt und über spezielle geoökologische Merk- male verfügt». Definition aus: LESER, Hartmut (Hrsg.): Diercke - Wörterbuch Allgemeine Geographie. München, 13. Auflage 2005. 34 HELD, Jürgen: Das Wasserschloss – Vom Umgang mit der Ressource Wasser in den europäischen Alpen. Praxis Geographie 2010-10, S. 18 Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 13  Zandt · irgendwan eine Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie 55 m in die Tiefe. Die Niagara-Fälle entstanden am Ende der letzten Eiszeit, sie waren ursprünglich unweit des Ontario- sees gelegen. Seit dieser Zeit sind sie bereits 10 km zurückverlegt worden. Erklären Sie diese «Wanderung» der Fälle in eigenen Worten. Erstellen Sie ein Längsprofil des Niagara-Flusses mittels Abb. 12, 21 und der Karte im SWA (2017), S. · 164.3 (unten links). Rückwertserosion D] Zeichnen Sie das schematische Profil eines ima- ginären Stromes (Fluss der sich ins Meer ergie- · sst). Wählen Sie eine angepasste Überhöhung. Die Quelle des Flusses soll auf 3000 m H. ü. M. liegen, der Oberlauf ist bis zu einer H. ü. M. von - 300 m, der Mittellauf bis zu einer H. ü. M. von 50 m und der Unterlauf verläuft bis zur Mündung ins Meer. Beschriften Sie Ihre Zeichnung voll- ständig. E] Bangladesch & Kaschmir. Material: SWA, S. 133, unten (Bangladesch und Kaschmir), SWA S.125 unten rechts & Abb. 26 & 27: Vergleichen und · analysieren Sie die Situation der beiden Regio- - nen – Bangladesch und Kaschmir – bezüglich der Sicherheit der Wasserversorgung und der Über- schwemmungsgefahr der Bevölkerung. F] SWA S. 126 & 127 (Windrichtungen und Klimadi- agramme Asiens): Studieren Sie die Monsune sowie die Niederschlagsverteilung der beiden Abb. 25: Die Niagarafälle. Aus: KUGLER; Astrid: Die Erde – unser Lebensraum. Zürich 4. Aufl. 2004, S. 21. Regionen Bangladesch und Kaschmir. Passen Sie – – – = Position der Fallkante wie sie 1678 von Louis Hennepin Aufgezeichnet wurde. Ihre Analyse der beiden Regionen entsprechend an. Abb. 26: Die Hochgebirgsregion Ladakh, Indischer Bundesstaat Jammu und Kaschmir. Karte aus: PraxisGeographie 2020/10, S. 32 Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 14 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie G] Formulieren Sie in eigenen Worten den Zusam- menhang zwischen der Korngrösse eines Sand- korns, der Fliessgeschwin-digkeit eines Gewäs- sers, der Erosion sowie der Ablagerung dieses Sandkorns gemäss dem Hjulström-Diagramm. H] Welche Fliessgeschwindigkeit muss vorhanden sein um ein Grobsandkorn mit 1 mm Durchmes- ser abzutragen (= zu erodieren)? Ab welcher - Fliessgeschwindigkeit wird es sedimentiert? I] Ist die folgende Aussage richtig oder falsch: Bei ei- ner Fliessgeschwindigkeit von 10 cm/s befindet sich ein Kieskorn mit einem Durchmesser von 10 mm in der Schwebe? falsch es ist in der Sedimentation/ abgelagert , J] Ist die folgende Aussage richtig oder falsch: Die Erosion von Feinsand (Durchmesser von zirka 0,05-0,2 mm) erfolgt normalerweise bei einer -Fliessgeschwindigkeit zwischen 20 und 30 cm/s? K] Ist die folgende Aussage richtig oder falsch: Bei ei- ner Fliessgeschwindigkeit von weniger als 1 cm/s lagern sich alle Sandkörner ab? galsan L] Ist die folgende Aussage richtig oder falsch: Bei ei- ner Fliessgeschwindigkeit von mehr als 90 cm/s befinden sich alle Sandkörner (0,2-2 mm Durch- messer) in der Schwebe? M] Formulieren Sie eine eigene Fragestellung zum Thema Hjulström-Diagramm! warumsollte aus ma N] Warum gibt es in der Schweiz keine Ästuarmün- dungen? ? keine Gezeiten O] Finden Sie die Flussmündungen der Tabelle 3 (nächste Seite) im Schweizer Weltatlas (SWA). Handelt es sich jeweils um eine Ästuar- oder Del- tamündung? Notieren Sie auch die korrekten Sei- tenzahlen (Seite im SWA). Hilfsmittel SWA S. 25 & 43 (Schweiz); S. 50-51, 52- 53, 74 & 82 (Europa); S. 111 (Afrika); S. 124-125, 134 & 182 (Asien); S. 148 (Australien); S. 153 (Nordamerika); S. 169 & 170 (Südamerika). Abb. 27: Die von Überschwemmungen bedrohten Gebiete im Ganges- und Brah- maputra-Delta. Karte aus: Praxis Geographie 2010/3, S. 35 Tab. 3: Flussmündungen als Ästuar- oder Deltamündungen. Name der Mündung Mündungstyp S. im SWA Name der Mündung Mündungstyp S. im SWA Amazonas Mississippi Donau Niger Elbe Nil Ganges/ Brahmaputra Orinoko Gironde Po Indus Rhein-Maas Kongo Rhône Lena Río de la Plata Maggia Sankt-Lorenz-Strom Mekong Themse Geografie: Hydrologie 2024-2025/cs 1.11.23/ 15 Kollegium Heilig Kreuz 2. Jahr Geografie Christine Schaeren Hydrologie 3. Chemische Verwitterung: Karst Der Name Karst bezeichnet ein Kalkgebirge im nordwestlichen Balkan, in Slowenien. Heute ist er zum Sammelbegriff für eine ganze Reihe von Erscheinungen, den Karsterscheinungen geworden, die alle auf der Säureverwitterung von Gestei- nen, also auf der chemischen Auflösung von Gestein beruhen. Wasser kann verschiedene Säuren enthalten und fördert dann, als säurehaltige wässrige Lösung die Zersetzung von Gestein. Wenn Kohlendioxid (CO2) durch Regenwasser aus der Atmosphäre ausgewaschen wird entsteht Kohlensäure: H2O + CO2 ↔ H2CO3 Wasser Kohlendioxid Kohlensäure Der Prozess der Säureverwitterung lässt sich am besten am Beispiel des Kalksteins (CaCO3) zeigen. Kalkstein (CaCO3) wird in kohlensäurehaltigem Wasser in Kalzium-Ionen und Hydrogenkarbonat-Ionen umgewandelt: CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca2+ + 2 HCO3– Kalk Kohlensäure Kalzium-Ion Hydrogenkarbonat-Ion Der Prozess ist umkehrbar: Wenn dem Wasser Kohlen- dioxid entzogen wird, kann aus den gelösten Kalzium- und Hydrogenkarbonat-Io- nen wieder fester Kalk wer- den, der ausfällt. Wasser- pflanzen und Algen entzie- hen dem Wasser bei der Fo- tosynthese Kohlendioxid, daher sind sie mitverant- wortlich für die chemische Kalksedimentation im Meer und in Seen. Sicher mussten Sie sich auch schon mit dem Prozess des ausfallenden Kalks ausei- nandersetzen, wenn sich nämlich Kalk am Boden des Wasserkochers oder in der Kaffeemaschine absetzt und Abb. 28: Die Region Kras in Slowenien hat dem Karst den Namen gegeben. Eigenes Bild einer Informationstafel im Skocjanske-Nationalpark, 2019 Abb. 29: Karsterscheinungen wie trichterförmige Hohlformen, so ge- nannte Dolinen, entstehen wo viel Wasser in den Untergrund versickert. Der Untergrund wird durch Säurever- witterung fortwährend zersetzt und die Doline sinkt immer weiter ein. Manchmal sind solche Dolinen mit eingeschwemmter Erde gefüllt und bilden so fruchtbare Oasen in einer sonst öden Landschaft. Dolinen kön- nen aber auch ein Schluck- oder Schwundloch bilden und das Wasser in grossen Mengen