Der Anstieg des globalen Meeresspiegels ist ohne Zweifel eine der wichtigsten Folgen des anthropogenen Klimawandels. Weltweit liegen etwa 2 Millionen km2 Land weniger als 2 m über der mittleren Hochwasserlinie. Gerade diese Grenzzone zwischen Land und Meer ist durch besonders artenreiche Ökosysteme ausgezeichnet, und hier hat sich auch der Mensch bevorzugt angesiedelt. 1995 lebten ca. 60 Millionen Menschen auf Landflächen, die weniger als 1 m über dem Meeresspiegel lagen, und 275 Millionen in weniger als 5 m. Acht der zehn größten Städte der Welt liegen gegenwärtig in niedrigen Küstenbereichen, in denen zugleich die Wachstumsrate der Bevölkerung doppelt so hoch wie im globalen Durchschnitt ist. Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts werden daher wahrscheinlich 130 Millionen Menschen in den tiefen Küstenbereichen bis zu 1 m und 410 Millionen bis 5 m über dem Meer leben.[1] Wie hoch der Meeresspiegel in den nächsten Jahrzehnten ansteigen wird, ist daher auch eine zentrale Frage für die Forschung zum Klimawandel.

Es war lange Zeit sehr schwierig, den Anstieg des globalen Meeresspiegels genau zu bestimmen, da man bis in die 1990er Jahre fast ausschließlich auf Pegelmessungen angewiesen war. Diese messen den Meeresspiegelanstieg seit Mitte des 19. Jahrhunderts an Festlandküsten und Inseln im Ozean. Die ersten Messungen begannen in Nordeuropa sogar schon im 18. Jahrhundert. Im 19. Jahrhundert kamen Pegel an den Küsten von Nordamerika, Australien, Neuseeland und anderen Kontinenten hinzu. Im frühen 20. Jahrhundert begannen Pegelmessungen auch auf küstenfernen Inseln mitten im Ozean.[2] Die geringe räumliche Verbreitung und ungleiche Verteilung der Pegel, die sich ausschließlich an Küsten befinden, macht zwar eine genaue örtliche Bestimmung des relativen Meeresspiegelanstiegs (relativ zum umgebenden Land) möglich, erlaubt aber nur begrenzte Aussagen über die durchschnittliche globale Meeresspiegeländerung. Wie die neueren durch Satelliten gewonnenen Daten gezeigt haben, verändert sich der Meeresspiegel keineswegs überall gleich. An den Küsten aufgenommene Daten müssen keineswegs mit Veränderungen auf dem offenen Ozean übereinstimmen, und auch diese können von Ozeanregion zu Ozeanregion sehr unterschiedlich sein. Hinzu kommt, dass Pegel den Meeresspiegel relativ zum Boden messen und damit auch vertikale Bewegungen des Untergrundes in die Daten einfließen. In tektonisch aktiven Gebieten kann das zu erheblichen Verzerrungen der Ergebnisse führen.

Seit 1991 erlauben das Satellitenprojekte ERS-1, seit 1992 das TOPEX/POSEIDON-Projekt und später weitere Nachfolgemissionen eine deutlich genauere Bestimmung des mittleren globalen Meeresspiegels. Gemessen wird dabei mit Hilfe elektromagnetischer Wellen die Entfernung zwischen Satellit und Meeresoberfläche (Altimetermessungen). Dadurch werden Verfälschungen durch tektonische Bodenbewegungen ausgeschlossen und eine deutlich verbesserte Erfassung der Meeresspiegelhöhe möglich, die zudem die gesamte Ozeanoberfläche abdeckt und zeitlich alle 10 Tage wiederholt wird. Seit 1992 bestimmen zudem zwei Satelliten des GRACE-Projekts von NASA und DLR[3] das Schwerefeld der Erde mit bisher nicht da gewesener Genauigkeit und erlauben die Abschätzung von Massenverlagerungen z.B. von den Eisschilden auf Grönland und der Antarktis hin zu den Ozeanen. Allerdings sind auch die Satellitenmessungen nicht fehlerfrei und müssen korrigiert werden. So nutzen die verschiedenen Satellitenmissionen unterschiedliche Instrumente, die aufeinander abgestimmt werden müssen. Eine weitere Fehlerquelle ist der unterschiedliche Wasserdampfgehalt der Troposphäre, der den Weg der elektromagnetischen Wellen der Satelliten beeinflusst.[4][2]

Bildquelle: Global sea level time series

Verschiedene Auswertungen von Pegeldaten zeigen für das 20. Jahrhundert einen Meeresspiegelanstieg von 1,7 mm/Jahr.[5] Das sind 17 cm für das gesamte Jahrhundert, zwischen 1880 bis 2009 beträgt der Anstieg 21 cm. Dabei ist der Anstieg in der ersten Hälfte des Jahrhunderts noch relativ schwach, beschleunigt sich aber in den letzten Jahrzehnten. Wie in der ersten so ist auch in der 2. Jahrhunderthälfte der Anstieg nicht linear, sondern zeigt jährliche und dekadische Schwankungen.[4][6]

Die Satellitenmessungen seit Anfang der 1990er Jahre zeigen vor allem zwei wichtige Ergebnisse:

·       Die Anstiegsrate des Meeresspiegels ist deutlich höher als bisher mit Hilfe von Pegeldaten ermittelt. So beträgt die mittlere Anstiegsrate zwischen 1993 und 2012 nach den Satellitendaten 3,2 mm/Jahr.[5] Dabei gab es unterschiedliche Phasen mit einem relativ starken Anstieg 1996-2004, einem langsamen Anstieg 2005-2010 und wieder einem starken Anstieg von 2010 bis 2014.[7]

·       Die Satellitenmessungen zeigen sehr genau, dass sich der Meeresspiegel räumlich sehr unterschiedlich ändert. Einige Regionen erlebten eine Meeresspiegeländerung, die vier Mal höher war als der globale Durchschnitt. So stieg der Meeresspiegel im westlichen Pazifik um 12 mm/Jahr an. In anderen Regionen wie im östlichen Nordpazifik ist der Meeresspiegel sogar etwas gefallen.[4]

Die Unterschiede zwischen Pegel- und Satellitenmessungen bedeuten nicht in erster Linie, dass die ersten falsch sind, sondern weisen wahrscheinlich darauf hin, dass der Meeresspiegelanstieg sich im Laufe des 20. Jahrhunderts beschleunigt hat. So haben Untersuchungen über den Meeresspiegelanstieg zwischen 1870 und 2004 ergeben, dass die Anstiegsrate im 20. Jahrhundert signifikant zugenommen hat.[8] Allerdings sind die Dekadenschwankungen stark, und es ist nicht gesichert, ob die hohe Anstiegsrate seit 1993 einen Trend ausdrückt oder lediglich eine Dekadenvarianz darstellt. Während allerdings alle Daten vor 1993, ob sie nun von Pegelmessungen stammen oder von Modellen errechnet sind, mit großen Unsicherheiten behaftet sind, können die Satellitendaten danach als gesichert gelten. Hätte die gegenwärtige Anstiegsrate über das gesamte 20. Jahrhundert angehalten, wäre der Meeresspiegel um ca. 30 cm im globalen Mittel angestiegen.

Wie Abb. 2 zeigt, unterlag die Anstiegsrate des Meeresspiegels seit 2010 besonders starken Schwankungen. Es gab sogar ein deutliches Absinken des Meeresspiegels 2010/2011 und Anfang 2013, im Anschluss daran jedoch einen um so stärkeren Anstieg. Vom Ende 2010 bis Anfang 2011 fiel der Meeresspiegel um 5 mm und noch einmal um 1-2 mm Anfang 2013. Er stieg danach jedoch jedesmal so stark an, dass die Anstiegsrate mit 4,49 mm/Jahr deutlich über der Rate des Beobachtungszeitraums durch Satelliten (seit 1993) von 3,2 mm/Jahr lag. Über die Ursachen dieser auffälligen Schwankungen wird in der Forschung diskutiert.

1.    Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (2006): Die Zukunft der Meere - zu warm, zu hoch, zu sauer, Sondergutachten, Berlin, S. 33; auch als Download

2.    2,0 2,1 IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 3.7.1

3.    GRACE steht für Gravity Recovery And Climate Experiment; vgl. Die Infoseite bei der Deutschen Luft- und Raumfahrtgesellschaft DLR

4.    4,0 4,1 4,2 Cazenave, A., and F. Remy (2011): Sea level and climate: measurements and causes of changes, in: WIREs Climate Change 2, 647-662

5.    5,0 5,1 IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 13.2

6.    Church, J.A., and N.J. White (2011): Sea-Level Rise from the Late 19th to the Early 21st Century, Surveys in Geophysics 32, 585–602

7.    7,0 7,1 Yi, S., W. Sun, K. Heki, and A. Qian (2015): An increase in the rate of global mean sea level rise since 2010, Geophysical Research Letters, 10.1002/2015GL063902

8.    Church, J. A., and N.J. White (2006): A 20th century acceleration in global sea-level rise. Geophysical Research Letters 33 (1), doi:10.1029/2005GL024826

Gastbeitrag aus: Klimawiki

Stand: 2016

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