​Mapping and assessing evapotranspiration using MODIS-based SEBAL for groundwater potential in the Sita–Swarna river basins, coastal Karnataka, India

Wasser ist das Lebenselixier des Landes, aber es ist auch ein Geist, der jeden Tag in die Luft entschwindet. In den feuchten, tropischen Regionen der Küste Indiens, wo die Monsunregen schwer und die Wälder dicht sind, wird dieser unsichtbare Verlust als Evapotranspiration bezeichnet. Es ist der kombinierte Prozess der Verdunstung von Wasser aus dem Boden und der Transpiration von Pflanzen – ein massiver täglicher Austausch, der Wasser vom Boden zurück in den Himmel führt. Genau zu verstehen, wie viel Wasser verloren geht und wo, ist entscheidend für die Verwaltung der verborgenen Grundwasserreservoire, auf die Gemeinschaften angewiesen sind, wenn der Regen aufhört. Wenn Ingenieure und Planer nicht sehen können, wohin das Wasser fließt, können sie nicht effektiv für die trockenen Monate planen oder die Aquifere vor Übernutzung schützen. Die Herausforderung bestand schon immer darin, dass dieser Prozess in einer ganzen Landschaft schwer zu messen ist; traditionelle Instrumente können nur an einem einzelnen Punkt eine Messung vornehmen, was weite Teile des Landes zu einem Mysterium hinterlässt.

Ein Forscherteam machte sich daran, dieses Rätsel für zwei Flusseinzugsgebiete im Distrikt Udupi in Karnataka, Indien, zu lösen: die Flüsse Sita und Swarna. Diese Becken sind ein dramatischer Ausschnitt der Westghats, die von den hohen, bewaldeten Gebirgskämmen bis hin zu den flachen, bebauten Küstenebenen reichen, wo die Flüsse auf das Meer treffen. Das Team nutzte eine hochentwickelte Methode, die Satellitenbilder in eine Karte des Wasserverlusts verwandelt. Indem sie die vom Erdboden abgestrahlte Wärme und die Grünfärbung der Vegetation betrachteten, berechneten sie die Energiebilanz des Landes. Dies ermöglichte es ihnen, zu schätzen, wie viel Wasser über die gesamte Region hinweg Tag für Tag über einen Zeitraum von zwei Jahren aus dem Boden gezogen und in die Atmosphäre abgegeben wurde. Sie haben nicht bloß geraten; sie haben ihre Satellitenberechnungen mit Wetterstation-Daten abgeglichen und die Ergebnisse über verschiedene Jahreszeiten hinweg verglichen, vom nassen Monsun bis zum trockenen Winter.

Die Ergebnisse zeichneten ein klares, wenn auch überraschendes Bild davon, wie Wasser in dieser Landschaft fließt. Die Forscher fanden heraus, dass die Menge des Wasserverlusts an die Luft je nach Landtyp und Jahreszeit erheblich variierte. Im Sita-Becken lag der tägliche Wasserverlust zwischen etwa 5,6 und fast 20 Millimetern, während er im Swarna-Becken mit etwa 4 bis 6 Millimetern bescheidener ausfiel. Die höchsten Raten des Wasserverlusts traten nicht dort auf, wo man die trockensten Bedingungen vermuten würde, sondern über den dichten, immergrünen Wäldern auf den Gebirgskämmen und über dem offenen Wasser der Flussmündungen. Diese Gebiete, reich an Feuchtigkeit und Vegetation, „atmet“ ständig Wasser in die Atmosphäre aus. Umgekehrt wurden die niedrigsten Raten des Wasserverlusts über den bebauten Gebieten der Küstenebene gefunden, wo Beton und Gebäude den Boden bedecken.

Diese Erkenntnis stellte eine weit verbreitete Annahme in der Grundwasserplanung auf den Kopf. Lange Zeit glaubten viele Experten, dass Gebiete mit hohem Wasserverlust schlechte Kandidaten für die Grundwasseranreicherung seien, da sie den Anschein erweckten, das Wasser zu „verbrauchen“. Die Studie zeigte, dass diese Logik für diese Region rückwärts gedacht war. Der hohe Wasserverlust in den Wäldern war tatsächlich ein Zeichen von Gesundheit; er bedeutete, dass reichlich Wasser zur Verfügung stand, das verloren gehen konnte. Diese bewaldeten Hochlagen mit ihren tiefen Wurzeln und durchlässigen Böden sind die wahren Motoren der Grundwasseranreicherung, da sie den schweren Monsunregen aufsaugen und die darunter liegenden Aquifere speisen. Im Gegensatz dazu waren die Gebiete mit dem geringsten Wasserverlust – die Städte und Siedlungen – am wenigsten wahrscheinlich in der Lage, das Grundwasser anzureichern. Da der Boden dort durch Asphalt und Gebäude versiegelt ist, kann der Regen überhaupt nicht einsickern. Der geringe Wasserverlust dort war kein Zeichen eines Wasserüberschusses, sondern ein Zeichen dafür, dass das Wasser am Eindringen in die Erde gehindert wird.

Die Studie zeigte auch, wie sich die Geschichte mit den Jahreszeiten ändert. Während des Winters, wenn die Luft kühler ist, der Boden aber noch Feuchtigkeit aus den vorangegangenen Regenfällen hält, verloren die Wälder und Gewässer weiterhin Wasser in hohen Raten. Doch als die trockene Sommerzeit näher rückte und der Boden austrocknete, sank der Wasserverlust in den landwirtschaftlichen Flächen und Siedlungen drastisch, obwohl die Luft heißer und „durstiger“ wurde. Diese Lücke zwischen dem, was die Luft wollte (hohe Nachfrage), und dem, was der Boden geben konnte (geringes Angebot), ist genau der Moment, in dem der Druck auf die Grundwasserbrunnen am intensivsten wird. Die Forscher fanden heraus, dass die Differenz zwischen der atmosphärischen Nachfrage und dem tatsächlichen Wasserverlust im Verlauf der Trockenzeit immer größer wurde, was den präzisen Zeitpunkt signalisierte, an dem die Gemeinschaften am wahrscheinlichsten dazu neigen, die Aquifere übermäßig zu fördern.

Einer der bemerkenswertesten Aspekte der Forschung war die Entdeckung eines rechnerischen Artefakts nahe der Flussmündung. Die Modelle zeigten eine extrem hohe Spitze des Wasserverlusts an der Mündung, wo der Fluss auf den Ozean trifft. Dies war teilweise auf die einzigartige Physik von offenem Wasser und trockener Luft zurückzuführen, doch die Forscher stellten fest, dass die Zahlen wahrscheinlich durch die Art und Weise, wie die Satellitendaten verarbeitet wurden, übertrieben dargestellt wurden. Sie behandelten diesen extremen Wert nicht als präzise Messung, sondern als eine obere Grenze, um zu identifizieren, wo die Nachfrage nach Wasser am konzentriertesten ist. Diese Unterscheidung ist entscheidend; sie zeigt, dass die Satellitenmethode zwar leistungsstark ist, aber mit Vorsicht interpretiert werden muss, insbesondere in komplexen Küstenumgebungen, in denen Land, Wasser und Luft auf komplexe Weise interagieren.

Letztendlich liefert die Arbeit ein neues, räumlich detailliertes Werkzeug für Wasserverwalter. Durch die Kartierung dessen, wo tatsächlich Wasser verloren geht, haben die Forscher die spezifischen Zonen identifiziert, in denen die Nachfrage in der Trockenzeit am höchsten ist. Diese Information ermöglicht es Ingenieuren, Rückhaltebauwerke wie Sperren und Versickerungsbecken an den richtigen Stellen zu platzieren, um das abfließende Wasser aufzufangen, bevor es verloren geht. Es hebt auch hervor, wo Einschränkungen bei der Wasserförderung am dringendsten erforderlich sind, um das Eindringen von Salzwasser aus dem Ozean in das Süßgrundwasser zu verhindern. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Evapotranspiration zwar ein wesentlicher Teil des Wasserpuzzles ist, aber nicht allein verwendet werden kann, um das Potenzial eines Gebiets zur Grundwasserhaltung zu beurteilen. Stattdessen muss sie zusammen mit Landnutzung, Bodentyp und Geologie betrachtet werden. In diesen Küstenbecken sind die Wälder die Wächter des Wassers und die Städte die Barrieren; das Verständnis dieser Dynamik ist der Schlüssel, um den Grundwasserspiegel in einem sich verändernden Klima stabil zu halten.