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Strand unter? Warum der Meeresspiegel schwankt

(c) REUTERS (POOL)
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Der Meeresspiegel veränderte sich in der jüngeren Erdgeschichte immer wieder stark - bisweilen sogar um mehr als 100 Meter. Nach einigen Jahrtausenden, in denen die Küstenlinien stabil waren, steigt das Meerwasser nun wieder an. Im Auf und Ab ist die Klimaerwärmung nur ein Faktor unter vielen.

Strände und Küsten sind ausgesprochen junge Landschaften: Sie verändern ständig ihre Gestalt, sie wandern. Sei es, weil durch Meeresströmungen oder Sturmfluten neues Material abgelagert wird, sei es, weil Felsen abgetragen werden, oder sei es, weil sich die Höhe des Meeresspiegels verändert. Letzterer unterlag in der Erdgeschichte großen Schwankungen. In den Eiszeiten lag der Meeresspiegel um 80 bis 130 Meter tiefer als heute: Die nördliche Adria z.B. war bis zu einer Linie zwischen Pescara und Split trocken. Auch große Teile der Nordsee waren festes Land, Großbritannien war vor 10.000 Jahren keine Insel. Andererseits weiß man, dass der Meeresspiegel in Warmzeiten auch schon deutlich höher war als heute: Im Mittelmeerraum z.B. gibt es vielerorts Strandterrassen in einer Höhe von bis zu 100 Metern. In Ägypten reichte eine Meeresbucht das Niltal bis Luxor und noch weiter hinauf.


Thermische Ausdehnung. Die Lage der Küstenlinie ergibt sich aus zwei Faktoren: zum einen durch die Höhe des Meeresspiegels – als Folge des Wasservolumens in den Weltmeeren. Zum anderen spielt aber auch die Höhe der Landmassen eine große Rolle. In einer kurzfristigen Perspektive ist der erste Faktor der bedeutsamere: Durch Schwankungen des Klimas verändert sich die Verteilung des Wassers zwischen Eis, Oberflächen-, Grund- und Meereswasser. In Gletschern und polaren Eisschilden ist so viel Wasser gespeichert, dass ein vollständiges Abschmelzen den Meeresspiegel um rund 65 Meter erhöhen würde. Das ist allerdings ein sehr langsamer Prozess, der zigtausende Jahre dauert. Seit einigen Jahrzehnten schmelzen jedenfalls weltweit die Gletscher ab, das grönländische und antarktische Eis spielen demgegenüber noch eine untergeordnete Rolle. Für den derzeitigen Anstieg des Meeresspiegels ist ein anderer Faktor am wichtigsten: die thermische Ausdehnung des Wassers.

Wie diese Entwicklung weitergehen könnte, hat sich kürzlich eine internationale Forschergruppe angesehen, an der Ben Marzeion, Gletscherforscher an der Uni Innsbruck, beteiligt war. Das Hauptergebnis: In einem Zeithorizont von 2000 Jahren steigt der durchschnittliche Meeresspiegel pro Grad Erwärmung um rund 2,3Meter (PNAS, 15. Juli). Anfangs werden demnach weiterhin die thermische Ausdehnung und das Schmelzen der Gletscher dominieren. Doch mit zunehmender Temperatur wird der Beitrag des abschmelzenden grönländischen und antarktischen Eises größer. „Die großen Eisschilde reagieren sehr träge“, erläutert Marzeion. Das ist auch der Grund, warum der künftige Anstieg größer sein wird als bisher: Die Erwärmung um 0,7Grad seit Mitte des 19.Jahrhunderts hat den durchschnittlichen Meeresspiegel bisher „nur“ um 20 bis 25 Zentimeter gehoben. Die Erhöhung des Meeresspiegels hat sich übrigens in den 1990er-Jahren deutlich beschleunigt – von zuvor jährlich 1,7 Millimetern auf 3,1Millimeter. Derzeit wissen die Klimaforscher nicht, ob die hohen Steigerungsraten anhalten werden oder ob sich solche Phasen mit gemäßigteren Jahrzehnten abwechseln – es gibt jedenfalls Hinweise, dass das Veränderungstempo schon einmal in den 1950er-Jahren ähnlich hoch war.

Unabhängig davon sind sich die Forscher aber in einem einig: „Fortwährender Meeresspiegelanstieg ist etwas, was wir nicht vermeiden können, wenn die globalen Temperaturen nicht zurückgehen“, formuliert es Marzeion.


Geologische Prozesse. Die Erhöhung des Wasservolumens ist aber erst die halbe Wahrheit. Denn auch die Erde spielt eine große Rolle. Konkret: die Größe der Meeresbecken und die Höhe der Landmassen. Beides verändert sich durch geologische Prozesse ständig. Etwa durch tektonische Hebungen oder Senkungen: In Pozzuoli (nördlich von Neapel) gibt es auf antiken Säulen in mehreren Metern Höhe Spuren von Muscheln – ein Beweis, dass das Land dort in den letzten 2000 Jahren einmal niedriger lag. Auch das Nordseebecken ist ein tektonisches Senkungsgebiet.

Großräumigeren Einfluss haben sogenannte „isostatische“ Bewegungen: In der Eiszeit lastete ein immenses Gewicht der Eismassen auf den Kontinenten, diese wurden dadurch tiefer in den elastischen Erdmantel gedrückt – in Europa um mehrere hundert Meter. Seit die Gletscher wieder abschmelzen, schwimmt das Gestein wieder auf – Skandinavien z.B. hebt sich bis heute aufgrund der Gewichtsentlastung um jährlich einige Millimeter.

Langfristige Wirkung auf den Meeresspiegel haben auch Verschiebungen der Kontinentalplatten: In Mittelozeanischen Rücken bildet sich neues Gestein, das Auseinanderdriften der Kontinente vergrößert die Meeresbecken (etwa den Atlantik) und damit deren Volumina; andererseits ist das junge Gestein leichter und schwimmt stärker auf – das führt wiederum dazu, dass die Meeresbecken seichter werden.

Auch das als Folge des abgeschmolzenen Eises vergrößerte Wasservolumen hat geologische Auswirkungen: Die höhere Masse, die auf dem Meeresboden lastet, drückt diesen nach unten, sodass dadurch der Meeresspiegel etwas sinkt.

All diese Phänomene haben unterschiedlichen Einfluss auf den Meeresspiegel – wobei die geologisch-tektonischen Faktoren deutlich langsamer wirken als die klimatisch bedingten.

Die Realität ist aber noch komplizierter: Ein Anstieg des durchschnittlichen Meeresspiegels bedeutet nicht automatisch, dass alle Küsten gleichermaßen überschwemmt werden: Denn lokal fällt die Erhöhung der Küstenlinie unterschiedlich aus, mancherorts kann sie sogar sinken. Dafür gibt es viele mögliche Gründe: So ist etwa das „Gravitationspotenzial“ der Erde aufgrund von Unterschieden im Untergrund nicht überall gleich. Die Wassermassen reagieren darauf, sodass z.B. bei Sri Lanka der Meeresspiegel um 105 Meter niedriger ist als im Durchschnitt. Wo sich Salzwasser mit Süßwasser mischt, kommt es zu einer „halosterischen“ Ausdehnung. Eine Rolle spielt auch die Wassertemperatur: Warmes Wasser dehnt sich bei weiterer Erwärmung stärker aus als kaltes. Ein wichtiger Faktor sind die großen Meeresströmungen, durch die sich Wasser an manchen Stellen staut – dort ist der Meeresspiegel höher. Ähnliche Wirkung haben manche Windsysteme. Zudem übt der Luftdruck einen Einfluss aus: Wo dieser höher ist, ist der Wasserspiegel niedriger, weil die Flüssigkeit zur Seite gedrückt wird.


Umlagerung von Sand und Geröll. Lokal sind die Sedimente von zentraler Bedeutung – also Schlamm, Sand oder Kies –, aus denen ein großer Teil der Küsten geformt ist. Diese werden von Meeresströmungen ständig umgelagert – mancherorts wird mehr Sediment angeschwemmt, andernorts mehr erodiert. Solche Prozesse sind z.B. für die Nordseeküsten sehr wichtig, aber auch für pazifische Inseln und Atolle, die ja durch den Meeresspiegelanstieg besonders bedroht sind. Bei Letzteren konnte gezeigt werden, dass zwar an der Seeseite viel Sediment abgetragen wird, die meisten Inseln werden aber dennoch nicht kleiner, weil das Material an der anderen Seite wieder abgelagert wird: Die Inseln wachsen dort also. Auch in den Deltaregionen wird viel Schutt abgelagert, den die Flüsse mit sich geführt haben: Dadurch wächst lokal die Landmasse – die Küstenlinie kommt folglich tiefer zu liegen. In manchen Fällen drücken die Sedimentmassen aber so stark auf den Untergrund, dass dieser absinkt – dadurch erhöht sich die Küstenlinie.


Der Mensch spielt mit. Und schließlich greift auch der Mensch massiv in die Gestalt der Küsten ein: Seit Jahrtausend versucht man, neues Land zu gewinnen und sich vor den Urgewalten des Meeres – etwa Sturmfluten – zu schützen. Der Bau von Deichen, Dämmern, Buhnen etc. hat aber auch direkten Einfluss auf die Ab- und Umlagerung der Sedimente. Ein eindrucksvolles Beispiel ist Mont-Saint-Michel in Nordwestfrankreich: Bei der Gründung vor 1300 Jahren lag die Kirchenburg auf einer Insel, die nur bei Niedrigwasser trockenen Fußes erreichbar war. Durch den Bau einer Zufahrtsstraße auf einem Damm im späten 19. Jahrhundert wurden die Sedimentationsprozesse verändert – die ganze Bucht droht nun zu verlanden. Das soll mit einem millionenschweren Umbauprogramm verhindert werden.

Dieses Beispiel zeigt, dass sich der Mensch – auch an den Küsten – viele Probleme selbst macht. In trockengelegten Marschen sinkt der Boden langsam ab – durch die Entwässerung, durch schwere Maschinen zur Bodenbearbeitung oder durch das Leerpumpen von Öl- oder Gasfeldern.

Der Schutz des Landes vor dem steigenden Meeresspiegel wird dadurch jedenfalls nicht einfacher.

Historie

In der Eiszeit war
der Meeresspiegel bisweilen um 80 bis 130 Meter tiefer als heute. Zwischen den Kaltzeiten lag er hingegen manchmal auch deutlich höher – um bis zu 100 Meter.

Vor rund 6000 Jahren hat sich der Meeresspiegel stabilisiert, erst Mitte des 19. Jahrhunderts begann er wieder anzusteigen.

Im 20. Jahrhundert stieg der Meeresspiegel um durchschnittlich 1,7 Millimeter pro Jahr –
v.a. wegen der thermischen Ausdehnung des Wassers und schmelzenden Gletschern.

In den 1990er-Jahren erhöhte sich die Zuwachsrate auf 3,1 Millimeter pro Jahr.

In Zukunft wird die Wassermenge von abgeschmolzenem Eis aus Grönland und der Antarktis deutlich steigen. Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts halten Forscher einen Anstieg des Meeresspiegels um maximal zwei Meter für möglich.

In Zahlen

3,1

Millimeter pro Jahr
stieg der Meeresspiegel zwischen 1993 und 2003 an. Davon entfielen laut verschiedenen Schätzungen 0,9 bis 1,6 Millimeter auf die thermische Expansion des Wassers,
0,6 bis 1,1 Millimeter auf abgeschmolzene Gletscher und Eisschilde, der Rest
auf Grönland und
die Antarktis.

0,1

Grad Celsius
erwärmte sich das oberflächennahe Wasser der Ozeane (bis 700 Meter Tiefe) zwischen den Jahren 1961 und 2003.

0,1

pH-Einheiten
wurde das Meerwasser durch das gelöste CO2 seit 1750 saurer. Das bedroht Lebewesen, deren Gerüst aus
Kalk besteht (etwa Korallen).

("Die Presse", Print-Ausgabe, 28.07.2013)