1.2: Der Wasserkreislauf in der Natur
| Autoren: | |
| Publikation: | 17.5.2017 |
| Lernstufe: | 3 |
| Übersicht: | Wasser zirkuliert in der Natur zwischen Festland, Meer und Atmosphäre. Es entsteht ein Kreislauf. Das Wasser wechselt dabei auch immer wieder seinen Aggregatzustand – von fest zu flüssig zu gasförmig und umgekehrt. Die Wassermenge auf der Erde bleibt immer gleich. |
| Angestrebte Kenntnisse: |
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| Wortschatz: | Wasserkreislauf, Wasserspeicher, Niederschlag, Verdunstung, Kondensation, Gletscher |
| Dauer: | 1 Stunde |
| Material: | Für jeden Schüler: |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Ausgangsfrage
Die letzte Unterrichtsstunde wird kurz zusammengefasst: Wasser kommt in verschiedenen Formen (= Aggregatszuständen) vor; es gibt verschiedene Wasservorkommen (= Wasserspeicher) auf der Erde.
Die Lehrerin fragt nun: "Nimmt die Gesamtmenge des Wassers auf der Erde zu oder ab? Oder bleibt sie konstant?". Anhand dieser Frage kann die Lehrerin die Zustandsänderungen des Wassers einführen sowie die Übergänge von einem Wasserspeicher zum anderen. Zum Beispiel wird durch Verdunstung das Wasser im Ozean weniger. Aber es kommt auch wieder welches hinzu – aus den Flüssen und wenn es über dem Ozean regnet.
Nach einer kurzen Diskussion bittet die Lehrerin die Schüler die "Wege" zu zeichnen, die das Wasser in der Natur nimmt.
Pädagogische Anmerkungen
- Die Schüler werden im Laufe dieser Unterrichtsstunde feststellen, dass die Wassermenge auf der Erde konstant ist. Das Wasser "wandert" von einem Wasserspeicher zum anderen, aber es geht kein Wasser verloren – und es kommt auch keines hinzu. Daher spricht man auch von Wasserkreislauf. Zu Beginn der Unterrichtsstunde sollte man jedoch noch nicht von Kreislauf sprechen, damit sich die Schüler den Begriff selbst erarbeiten können.
- Uns interessiert hier nur der natürliche Wasserkreislauf, nicht der Kreislauf der Wasserbereitstellung für die Bevölkerung (bestehend aus Aufbereitung, Verteilung und Klärung).
Gemeinsame Erörterung
Die Lehrerin befestigt die Schülerzeichnungen an der Tafel und bittet die Schüler die verschiedenen Darstellungen zu vergleichen. Es geht noch nicht darum, eine endgültige Darstellung des Wasserkreislaufs wiederzugeben, sondern eher darum, herauszufinden, ob:
- die Zeichnungen den Begriff des Kreislaufs erkennen lassen;
- bei der Betrachtung eines einzelnen Wasserspeichers sowohl Gewinne als auch Verluste dargestellt werden.
Literaturrecherche
Die Lehrerin verteilt das Arbeitsblatt 2 (Der Wasserkreislauf in der Natur). In Zweiergruppen sollen die Schüler folgende Aufgaben lösen.
- Sie sollen Zahlen in das Schema einfügen, um eine Vorstellung von der Größe der verschiedenen Ströme zu bekommen. Die Lehrerin sollte bei dieser Aufgabe Hilfestellungen geben. Sie fügt insbesondere den noch fehlenden Pfeil für den "Regen über dem Ozean" ein. Dieser Pfeil wurde in der Zeichnung weggelassen, einerseits aus Gründen der Übersichtlichkeit und andererseits damit die Schüler über diesen Pfeil diskutieren. Sie sind nämlich oft der Meinung, dass es nur über dem Festland regnet und nicht über dem Ozean.
- Sie sollen berechnen, wie viel Wasser insgesamt in einem Jahr verdunstet.
- Sie sollen berechnen, wie viel Wasser insgesamt in einem Jahr als Regen herunterkommt.
- Sie sollen etwas über die Menge des Wassers in der Atmosphäre sagen.
- Sie sollen berechnen, wie viel Wasser die Ozeane in einem Jahr "verlieren", und wie viel Wasser sie "hinzugewinnen".
- Sie sollen etwas über die Menge des Wassers in den Ozeanen sagen.
Um diese Fragen zu beantworten, können die Schüler das Schema des Wasserkreislaufs sowie die erste Tabelle des Arbeitsblattes 2 zur Hilfe nehmen.
Wissenschaftliche Anmerkungen
Das Wasser kommt auf der Erde in drei Aggregatszuständen vor: gasförmig (Wasserdampf in der Luft), flüssig (Ozeane, Flüsse, Grundwasser, Regen, Wolken usw.) und fest (Gletscher, Kristalle in Schnee, Hagel und Wolken). Das Wasser zirkuliert ständig zwischen den Ozeanen, der Atmosphäre und den Kontinenten. Man bezeichnet dies als Wasserkreislauf.
- Das Wasser der Ozeane, Flüsse und Seen, das im Boden enthaltene Wasser und das in den Pflanzen gespeicherte Wasser verdunstet aufgrund der Sonneneinstrahlung. Auch in der Tier- und Pflanzenwelt verdunstet Wasser; man spricht in diesem Fall von Evapotranspiration.
- Das Wasser in der Luft kondensiert als feine Tröpfchen und bildet die Wolken. Anschließend fällt es als Niederschlag wieder auf die Erde und die Ozeane.
- Ein Teil des Wassers der Kontinente fließt in Bäche und Flüsse und letztendlich in die Ozeane. Ein Teil sickert in den Boden und gelangt ins Grundwasser; und ein Teil verdunstet direkt bzw. indirekt als Evapotranspiration der Pflanzen und Tiere.
Pädagogische Anmerkung
Bei dem Begriff Verdunstung denken die Schüler meistens nur an das Verschwinden der Wasserpfützen. Um ihnen die Evapotranspiration der Pflanzen vor Augen zu führen, kann man sie ein paar abgeschnittene Pflanzen und eine Schaufel voll Erde in eine Plastiktüte geben lassen – am besten nach einem Regentag. Die Plastiktüte wird fest zugebunden und ins Warme gestellt. Die Schüler werden feststellen, dass die Plastiktüte beschlägt (es bilden sich kleine Wassertröpfchen).
Gemeinsame Erörterung und Zusammenfassung
Die gesamte Wassermenge, die jedes Jahr auf der Erde verdunstet, beträgt 425 000 + 71 000 = 496 000 km3. Die gesamte Wassermenge, die als Niederschlag wieder auf die Erde fällt, beträgt: 385 000 + 111 000 = 496 000 km3. Diese beiden Mengen sind gleich groß. Das bedeutet, dass die Atmosphäre genauso viel Wasser aufnimmt, wie sie abgibt: Die Wassermenge ist konstant [1].
Genauso ist die Wassermenge in den Ozeanen konstant. Jedes Jahr entweichen durch Verdunstung 425 000 km3 Wasser aus den Ozeanen. Aber es kommen auch 385 000 + 40 000 = 425 000 km3 Wasser in die Ozeane – durch Niederschläge über den Ozeanen und durch den Zufluss von Wasser aus Bächen und Flüssen [1].
Die Klasse erarbeitet gemeinsam eine Schlussfolgerung.
Beispiel: Wasser wandert ständig von einem Wasserspeicher zu einem anderen. Jeder Wasserspeicher gewinnt genauso viel Wasser hinzu, wie er verliert. Letztendlich ist die Wassermenge in jedem Wasserspeicher konstant. Das heißt auch, dass die gesamte Wassermenge auf der Erde konstant ist. Man spricht vom Wasserkreislauf in der Natur.
Wissenschaftliche Anmerkungen
- Die Aussage, dass das Wasser auf der Erde konstant ist, stimmt nicht mehr, wenn man geologische Maßstäbe betrachtet. Die Erde bekommt "von außen" eine kleine Menge Wasser hinzu: durch Meteoriten und Kometen. Und "von innen" ebenso: Vulkane geben Wasser frei, das seit Millionen Jahren im Gestein eingeschlossen war. Auf der anderen Seite verliert die Erde kleinste Mengen Wasser aus der Atmosphäre: Dieses Wasser "entkommt" der Erdanziehung und gelangt ins Weltall.
- Die Aussage, dass die Wassermenge in einem Wasserspeicher konstant ist, gilt nur so lange man lediglich den natürlichen Wasserkreislauf betrachtet. Der Klimawandel stört dieses Gleichgewicht. Die Erhöhung der mittleren Temperatur auf der Erde und das Schmelzen der Gletscher führen dazu, dass das als Eis gespeicherte Wasser weniger wird.
- Aus diesen Gründen muss man einschränkend feststellen: Der in dieser Unterrichtsstunde betrachtete Wasserkreislauf beschreibt den Wasserkreislauf in diesem Jahrtausend und vernachlässigt jeglichen Eingriff durch die Menschen sowie die Variationen der Wassermenge im geologischen Maßstab.
Pädagogische Anmerkung
Einige Schüler sind der Meinung, dass der Mensch den Wasserkreislauf stört: Zum Beispiel wird das Trinkwasser dem Süßwasservorkommen entnommen und ist damit "verloren". Es ist wichtig, dass sie erkennen, dass das von unserem Körper aufgenommene Trinkwasser wieder in die Natur gelangt, in Form von Urin, Kot, Schweiß usw. Dieses Wasser ist Teil des Wasserkreislaufs. Das bedeutet, dass weder der Mensch noch andere Lebewesen den Wasserkreislauf stören.
Wenn noch genügend Zeit bleibt und die Schüler das Thema gut verstanden haben, kann die Lehrerin auf die Verweildauer des Wassers in den einzelnen Wasserspeichern eingehen. Der zweiten Tabelle des Arbeitsblattes 2 kann man zum Beispiel entnehmen, dass ein Wassertropfen etwa 3200 Jahre im Ozean verweilt, in der Atmosphäre dagegen nur 9 Tage [2].
Variante und mögliche Erweiterungen
Diese Untersuchung des Wasserkreislaufs kann durch verschiedene einfache Experimente ergänzt werden: Flüssiges Wasser im Tiefkühlschrank (oder draußen, wenn es im Winter kalt genug ist) zu Eis gefrieren lassen; das Eis anschließend wieder schmelzen lassen. Für den Übergang von flüssig zu gasförmig (Verdunstung) ist es wichtig, zu zeigen, dass diese Zustandsänderung nicht nur beim Kochen von Wasser geschieht. Man kann zum Beispiel ein Stück Stoff nass machen und es anschließend trocknen lassen. Indem man das Stück Stoff vorher und nachher wiegt, stellt man fest, dass es leichter geworden ist: Das Wasser ist verdunstet und ist aus dem Stück Stoff entwichen.
Fußnoten
1: Quelle für die Zahlen: Alfonso Rivera: International Year of Planet Earth 3 (Geoscience Canada, vol. 35, no. 2, 2008)
2: Quelle für die Zahlen: National Geographic – Hydrological cycle
Letzte Aktualisierung: 9.8.2024
