Das Messen von Höhen

Mit 8848 Metern ist der Mount Everest im Himalaja der höchste Berg der Erde. Die Zugspitze, der höchste Berg Deutschlands, bringt es immerhin auf 2962 Meter.
09.05.2017, 00:00
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Das Messen von Höhen
Von Jürgen Wendler

Mit 8848 Metern ist der Mount Everest im Himalaja der höchste Berg der Erde. Die Zugspitze, der höchste Berg Deutschlands, bringt es immerhin auf 2962 Meter. Dass genaue Höhenangaben wie diese mehr sind als ein von vielen Menschen lieb gewonnener Luxus, zeigt sich unter anderem beim Bau von Tunneln. Um die Röhren von verschiedenen Punkten aus so zu verlegen, dass sich die Verbindungsstücke am Ende treffen, bedarf es genauer Informationen über Höhen. Um solche Informationen zu erhalten, haben Menschen ausgeklügelte Verfahren entwickelt.

Die Höhe eines Berges, Gebäudes oder anderen Bauwerks wird ermittelt, indem der Abstand zwischen einer Bezugsfläche und der Spitze des Berges oder einem vergleichbaren Punkt des Bauwerks bestimmt wird. Eine mögliche Bezugsfläche liefert ein geometrisches Modell, dem die Vorstellung der Erde als einer Kugel zugrunde liegt, die an den Polen wegen der Drehung des Planeten um die eigene Achse leicht abgeflacht ist. Fachleute sprechen von einem Rotationsellipsoid. Als Bezugsfläche kann aber auch der mittlere Meeresspiegel dienen. Wenn es heißt, der Mount Everest sei 8848 Meter hoch, bezieht sich diese Angabe auf den Meeresspiegel.

Warum es alles andere als leicht ist, die Bezugsfläche zu bestimmen, wird deutlich, wenn man sich einige Tatsachen vor Augen führt. Weder ist das Meer spiegelglatt, noch ist der Meeresspiegel überall gleich. Ein wesentlicher Grund dafür sind Gesteine im Erdinnern, die ungleichmäßig verteilt sind. Bei ihnen handelt es sich um Massen, und Massen haben die Eigenschaft, dass sie andere Massen anziehen – ein Phänomen, das Physiker als Gravitation oder Schwerkraft bezeichnen. Die ungleichmäßige Verteilung hat auch zur Folge, dass die Anziehungskraft nicht überall gleich ist. Hinzu kommt der unterschiedliche Einfluss von Wind- und Strömungsverhältnissen, des Luftdrucks und der Gezeiten in verschiedenen Gebieten. Die Anziehungskraft des Mondes führt zu Gezeitenwellen – mit der Folge, dass es in unterschiedlichen Gebieten unterschiedliche Wasserstände gibt. Und noch etwas kommt hinzu: Das Land liefert keine zuverlässige Vergleichsgrundlage, denn Landmassen können sich heben oder senken. Vor 20 000 Jahren, während der letzten Kaltzeit, lag Skandinavien unter einer kilometerdicken Eisdecke. Ohne das Gewicht des Eises konnte sich das Land heben. Es tut dies bis heute. Kurzum: Die Erdoberfläche ist genau genommen ein Gebilde mit Beulen und Dellen.

Als Grundlage für Höhenmessungen diente der Meeresspiegel schon zu Zeiten, als noch gar nicht alle Einflussfaktoren bekannt waren. Der Amsterdamer Magistrat ließ bereits im 17. Jahrhundert im Hafen der Stadt eine Marke anbringen, die den mittleren Wasserstand der – damals noch zur Nordsee hin offenen – Zuidersee angibt. Diese wurde zur Bezugsgröße für alle Höhenmessungen in den Niederlanden, und später legten auch andere Länder diesen als Normalnull bezeichneten Amsterdamer Pegel zugrunde. So wurde beispielsweise 1879 an der Berliner Sternwarte eine Tafel angebracht, deren Strichmarke mit der Höhenangabe 37 Meter über Normalnull verbunden wurde. Sie diente als Ausgangspunkt für alle weiteren Höhenbestimmungen in Deutschland.

Zu Zeiten der deutschen Teilung gab es in der Bundesrepublik und in der Deutschen Demokratischen Republik unterschiedliche Bezugssysteme. Die DDR richtete sich bei ihren Höhenangaben am Kronstädter Ostseepegel bei Sankt Petersburg aus. Dieses Bezugsniveau liegt etwa 14 Zentimeter höher als der Amsterdamer Pegel. Seit Anfang der 1990er-Jahre gilt für ganz Deutschland das Deutsche Haupthöhennetz mit dem Amsterdamer Pegel als Grundlage. Um dem mittleren Meeresspiegel möglichst nahe zu kommen, wird eine Bezugsfläche genutzt, die das Schwerefeld berücksichtigt. Im Unterschied zu früheren Systemen werden Höhen nicht mehr über Normalnull (NN), sondern über Normalhöhennull (NHN) angegeben. Haupthöhennetz bedeutet, dass es sich um ein flächendeckendes Netzwerk aus Punkten handelt, deren Höhe genau ermittelt wurde. Fachleute können sich daran bei Höhenmessungen ausrichten. Höhenunterschiede werden seit Langem mithilfe sogenannter Nivelliergeräte gemessen. Solche Geräte werden in der Mitte zwischen zwei Messlatten aufgestellt. Mit einem Nivellierfernrohr lassen sich waagerecht beide Messlatten anvisieren. Mithilfe der abgelesenen Werte kann der Höhenunterschied errechnet werden.

Wie sich das Schwerefeld des Planeten messen lässt, zeigt die Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Zwillingssatelliten umrunden gemeinsam die Erde. Abhängig von der Masse unter ihnen verändern sich Anziehungskraft und Beschleunigung, was sich in einer Änderung des Abstands zwischen ihnen bemerkbar macht. Dies erlaubt Rückschlüsse auf das Schwerefeld.

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