Warum der Meeresspiegel steigt

Weite Teile des Bremer Stadtgebiets liegen so niedrig, dass sie ohne schützende Deiche an Weser, Lesum und Wümme nicht hätten besiedelt werden können. Ähnlich sieht es in vielen anderen Gegenden aus.

So befindet sich etwa die Hälfte der Niederlande unterhalb des mittleren Meeresspiegels. Hätten sich die Niederländer nicht im Laufe der Jahrhunderte zu Meistern des Deichbaus und der Landgewinnung entwickelt, wäre ein Großteil des Gebiets unbewohnbar.

Der Meeresspiegel ist in den vergangenen Jahrzehnten um etwa drei Millimeter pro Jahr gestiegen. Zu den Gründen dafür gehört, dass Eis in den Polargebieten schmilzt und das Meerwasser sich erwärmt. (123rf)

Weltweit lebt mehr als eine Milliarde Menschen in tief liegenden Küstengebieten, die meisten davon in Asien. Schon dies allein erklärt, warum Wissenschaftler Veränderungen des Meeresspiegels besondere Aufmerksamkeit schenken. Dass der Meeresspiegel ansteigt, ist unstrittig. Fraglich ist aber, welchen Anteil menschliche Aktivitäten daran haben. Folgt man einer neuen Studie, die kürzlich im Fachjournal „Nature Climate Change“ veröffentlicht worden ist, ist dieser Anteil im vergangenen Jahrhundert deutlich gestiegen. Zu den Autoren gehört mit dem Geographie-Professor Ben Marzeion auch ein Wissenschaftler der Universität Bremen.

Existenzielle Bedrohung

Das Meer und seine küstennahen Ökosysteme, zu denen zum Beispiel Seegraswiesen, Mangrovenwälder und Korallenriffe zählen, liefern Nahrung und damit die Lebensgrundlage für einen Großteil der Menschheit. Der Anstieg des Meeresspiegels kann weitreichende Folgen haben, wie die Autoren des „World Ocean Review“, eines auf wissenschaftlichen Studien beruhenden Berichts zum Zustand der Meere, unter anderem mit diesen Sätzen deutlich gemacht haben: „Für Europa schätzt man, dass bei einem Meeresspiegelanstieg von einem Meter etwa 13 Millionen Menschen bedroht sein würden. Die Folgen wären unter anderem hohe Kosten für Küstenschutzmaßnahmen. In Extremfällen könnten Um­sied­lungs­maß­nahmen notwendig werden.“ Für viele Menschen in anderen Teilen der Erde sind die Veränderungen gleichbedeutend mit einer existenziellen Bedrohung. So lebt auf den Malediven die gesamte Bevölkerung in niedrig gelegenen Küstenregionen. In Vietnam ist es mehr als die Hälfte, in Japan und Thailand rund ein Viertel der Bevölkerung.

Alles andere als spiegelglatt

Dass Veränderungen des Meeresspiegels grundsätzlich nicht ungewöhnlich sind, lehrt der Blick in die Erdgeschichte. So gab es während der vergangenen drei Millionen Jahre, die durch einen Wechsel von Kalt- und Warmzeiten geprägt waren, wiederholt starke Schwankungen. In den kälteren Phasen bildeten sich auf dem Festland in höheren Breiten große Eismassen – mit der Folge, dass den Ozeanen Wasser entzogen wurde. Vor rund 20 000 Jahren, während der bislang letzten ausgedehnten Kaltzeit, lag der Meeresspiegel gut 120 Meter niedriger als heute, vor etwa 120 000 Jahren, in einer Warmzeit, hingegen mehrere Meter höher.

Wollte man ihn wortwörtlich nehmen, wäre der Ausdruck Meeresspiegel alles andere als eine gelungene Wortschöpfung: 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 grundsätzlich die Eigenschaft, dass sie andere Massen anziehen. Die ungleichmäßige Verteilung hat auch zur Folge, dass die Anziehungskraft nicht überall gleich ist. Hinzu kommt der Einfluss der Wind- und Strömungsverhältnisse, des Luftdrucks und der Gezeiten. Die Anziehungskraft des Mondes führt zu Gezeitenwellen – mit der Folge, dass der Wasserstand in der Karibik ein anderer sein kann als der im Pazifik. Wie stark sich allein die Unterschiede bei der Anziehungskraft der Gesteine im Innern der Erde auswirken, hat das Deutsche Geoforschungszentrum in einem Fachbeitrag mit diesen Beispielen verdeutlicht: Südlich von Indien sehe es so aus, als ob die Wasseroberfläche ein 110 Meter tiefes Tal bilde. Nördlich von Indonesien gebe es dagegen einen 85 Meter hohen Berg.

Langfristige Veränderungen des Meeresspiegels, wie sie seit einigen Jahren im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung erörtert werden, hängen unter anderem mit der Temperatur des Meerwassers zusammen. Wärmeres Wasser hat eine geringere Dichte, das heißt: Es dehnt sich aus und nimmt mehr Raum ein. Hinzu kommt, dass die Erwärmung der Luft dazu führt, dass in Gebirgsgletschern und in den Eisschilden der Arktis und Antarktis gebundenes Eis schmilzt. Wie das wärmere Meerwasser, so hat auch das vom Land ins Meer fließende Schmelzwasser einen Anstieg des Meeresspiegels zur Folge. Und noch etwas kommt hinzu: Auch die Tatsache, dass sich Landmassen heben oder senken, wirkt sich aus. Vor 20 000 Jahren lag Skandinavien unter einer kilometerdicken Eisdecke. Ohne das Gewicht des Eises konnte sich das Land heben. Es tut dies bis heute.

Das Problem der Höhenangaben

Wie stark sich der Meeresspiegel in der Erdgeschichte verändert hat, erfahren Forscher zum Beispiel dann, wenn sie in höheren Lagen versteinerte Überreste von Meeresbewohnern finden. Grobe Schätzungen solcher Veränderungen sind eine Sache, genaue Angaben allerdings eine ganz andere. Eine Ahnung davon bekommt, wer sich bewusst macht, was hinter Höhenangaben steckt.

Der Mont Blanc ist 4810 Meter hoch und damit der höchste Berg der Alpen. Die Zugspitze, der höchste Berg Deutschlands, bringt es immerhin auf 2962 Meter. Solche Angaben setzen eine Bezugsgröße voraus, die traditionell Normalnull (NN) genannt wird. 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. In Preußen zum Beispiel wurde 1879 an der Berliner Sternwarte eine Tafel angebracht, deren Strichmarke mit der Höhenangabe 37 Meter über Normalnull verbunden wurde. Dieser sogenannte Normalhöhenpunkt diente als Ausgangspunkt für alle weiteren Höhenbestimmungen in Deutschland.

Bei diesem Ansatz besteht das Problem jedoch darin, dass die unterschiedliche Verteilung der Massen auf der Erde und die damit verbundene unterschiedliche Anziehungskraft, die sich als sogenanntes Schwerefeld bemerkbar macht, nicht berücksichtigt werden. Deshalb haben Fachleute entschieden, das Bezugssystem auf Normalhöhennull (NHN) umzustellen. Als Bezugsgröße dient auch hier der Amsterdamer Pegel, also der Meeresspiegel. Um dem mittleren Meeresspiegel möglichst nahe zu kommen, wird jedoch eine Bezugsfläche genutzt, die das Schwerefeld berücksichtigt.

Nach Darstellung des Weltklimarats (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) ist der Meeresspiegel von 1901 bis 2010 um etwa 19 Zentimeter gestiegen. Der tatsächliche Wert liegt demnach höchstens zwei Zentimeter höher oder niedriger als dieser Wert. Mussten sich Forscher bei der Rekonstruktion des Meeresspiegels früher auf Pegelstände verlassen, haben sie heute die Möglichkeit, Satellitendaten zu nutzen.

Hilfreiche Satellitendaten

Um das Schwerefeld des Planeten zu messen, ist im Jahr 2002 die von deutschen und US-amerikanischen Experten entwickelte Mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) mit Zwillingssatelliten gestartet worden. Diese umrunden gemeinsam die Erde. Abhängig von der Masse unter ihnen verändern sich Anziehungskraft und Beschleunigung, was sich in einer kleinen, aber messbaren Änderung des Abstands zwischen den beiden Satelliten bemerkbar macht. Mit anderen Worten: Aus den Veränderungen des Abstands zwischen ihnen lässt sich auf das Schwerefeld und Massen auf der Erde schließen. Die Daten liefern zum Beispiel Informationen über Eisverluste in den Polargebieten und Veränderungen des Grundwasserspiegels in unterschiedlichen Regionen. Sie helfen, den Meeresspiegelanstieg zu ermitteln. Dieser liegt nach den Erkenntnissen von Wissenschaftlern seit den 1990er-Jahren bei rund drei Millimetern pro Jahr.

Studie mit Bremer Beteiligung

Was aber sind heute die Gründe für die Veränderungen? Klar ist zum Beispiel, dass die Tatsache, dass sich Skandinavien hebt, einen Einfluss hat. Doch welche Rolle spielen menschliche Aktivitäten? Diese Frage wollten Marzeion und seine Kollegen klären. Und nach ihren Untersuchungen sind sie überzeugt, dass ihnen dies auch gelungen ist. Als Hauptgründe für den Meeresspiegelanstieg gelten schmelzende Gletscher und Eisschilde sowie die Ausdehnung des sich erwärmenden Meerwassers. Solche Phänomene können grundsätzlich auch eine Folge natürlicher Klimaveränderungen sein. Die Gruppe um den Bremer Wissenschaftler geht jedoch davon aus, dass heute der vom Menschen verursachte Treibhausgasausstoß die entscheidende Rolle spielt. Den Anteil des Menschen am Meeresspiegelanstieg beziffern die Forscher für die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts auf 15 Prozent. Seit 1970 liegt er nach ihren Angaben bei zwei Dritteln. Das heißt: Zwei der pro Jahr gemessenen drei Millimeter gehen demnach auf den Menschen zurück.

Bei dieser Aussage stützen sich die Forscher aus Deutschland, Österreich, Belgien und Australien auf Computersimulationen mit 14 verschiedenen Klimamodellen. Mit dem Begriff Klima verbinden Fachleute die Wettererscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre in einem bestimmten Gebiet kennzeichnen. Beschrieben wird dieser mittlere Zustand in der Regel auf der Grundlage von statistischen Größen für einen Zeitraum von 30 Jahren. Um vorherzusagen, wie sich das Klima der nächsten Jahrzehnte oder auch nur das Wetter der nächsten Stunden entwickeln werden, benötigen Wissenschaftler zunächst Daten zur Ausgangslage an verschiedenen Orten. Sie müssen wissen, wie warm oder kalt es ist, wie viel Wasserdampf sich in der Luft befindet und welche Wind- und Luftdruckverhältnisse herrschen. Die entsprechenden Werte fließen in mathematische Gleichungen ein, mit denen sich berechnen lässt, wie sich die Größen im Laufe der Zeit gegenseitig beeinflussen und verändern. Für Klimaprognosen werden im Wesentlichen dieselben Gleichungssysteme wie bei der Wettervorhersage verwendet. Allerdings kommen noch andere Bestandteile hinzu. So sind für Klimamodelle zum Beispiel auch Daten zum Ozean und Meereis wichtig. Die Modelle sind im Laufe der Jahre immer weiter verfeinert worden. Sie können den Einfluss kleiner Teilchen in der Luft, sogenannter Aerosole, ebenso berücksichtigen wie beispielsweise die von Lebewesen im Meer aufgenommene Menge an Kohlenstoff.

Die Botschaft der Klimamodelle

Marzeion und seine Kollegen haben ihre Modelle mit Daten gefüttert, die ab dem Jahr 1900 gewonnen worden waren. Die Ergebnisse, die die Simulationen für unterschiedliche Zeitpunkte lieferten, verglichen die Wissenschaftler mit den tatsächlichen Werten und konnten so die Zuverlässigkeit der Modelle einschätzen. Wie der Bremer Geographie-Professor betont, stimmten die errechneten Angaben zum Meeresspiegel mit den Pegel- und Satellitendaten überein. Um zu sehen, was den Meeresspiegel wie beeinflusst, veränderten sie gezielt einzelne Faktoren wie beispielsweise die Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre. Dabei, so sagt Marzeion, sei herausgekommen, dass seit 1970 zwei Drittel des Meeresspiegelanstiegs auf den vom Menschen verursachten Treibhausgasausstoß zurückzuführen seien. Klimaforscher messen dem Treibhausgas Kohlendioxid, dessen Menge in der Atmosphäre seit Beginn der Industrialisierung stark zugenommen hat, besondere Bedeutung bei. Kohlendioxid wird freigesetzt, wenn Energieträger wie Kohle oder Erdöl verbrannt werden.