Gegenwart

Die Ursachen des aktuellen Anstiegs

Fünf Hauptkomponenten erklären schlüssig den Meeresspiegelanstieg der letzten 50 Jahre. Der Beitrag der temperaturbedingten Ausdehnung des Ozeanwassers wurde dabei lange unterschätzt. Die isostatische Ausgleichshebung übertrifft momentan regional den Meeresspiegelanstieg.

In Helsinki etwa zeigen langjährige Messreihen ein Absinken des Meeresspiegels um 25 cm relativ zum Festland während des 20. Jahrhunderts. In Schottland betrug die isostatische Landhebung im 20. Jahrhundert regional bis zu 60 cm, während in Teilen Südenglands und der französischen Kanalküste das Land in einer Gegenbewegung um 40 bis 60 cm absank. Die absinkenden Bereiche zeigten während der letzten Kaltzeit keine Eisbedeckung. Diese gegenläufigen dynamischen Prozesse in unmittelbarer Nachbarschaft können als Wippeneffekt der kontinentalen Lithosphäre verstanden werden.

Skandinavien hebt, Südengland senkt sich

Im 19. Jahrhundert wurde das Pegelnetz in den Seehäfen allmählich global und gegen Ende des Jahrhunderts dicht genug, um die regionalen Unterschiede durch die Dynamik des Festlands festzustellen. Erst seit den frühen 1990er-Jahren erlauben Präzisionsmessungen von Satelliten (1993–2002 TOPEX, seither Jason) flächig die tatsächliche Höhe des Meeresspiegels zu bestimmen („Ocean Surface Topography“). Es bestätigte sich endgültig, dass der Meeresspiegel alles andere als eben ist. Räumlich und zeitlich variable Phänomene wie das Gravitationsfeld der Erde und Meeresströmungen formen die Topografie der Ozeanoberfläche, die Höhendifferenzen im Meterbereich aufweist. Diese Höhendifferenzen spielen sich somit in etwa der gleichen Größenordnung ab wie der erwartete klimabedingte Meeresspiegelanstieg der Zukunft.

23 cm in den letzten 140 Jahren

Die aktuellsten Rekonstruktionen aus Pegel- und Satellitenmessungen des Verlaufs des globalen, mittleren Meeresspiegelanstieges seit 1870 zeigt die linke Hälfte von Abbildung 1. Insgesamt ist in den letzten 140 Jahren der Meeresspiegel um etwa 22,5 (±2,5) cm angestiegen. Der Anstieg war nicht regelmäßig, sondern es gab zwei Zeitspannen mit Anstiegsraten von nur rund 1 mm pro Jahr und zwei mit 2,5 bis 3 mm pro Jahr. Die rechte Kartendarstellung zeigt die mittleren regionalen Abweichungen des Anstiegs für die Satellitenperiode.

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Abb. 1: Links: Rekonstruktionen des mittleren globalen Meeresspiegels 1870–2009 in mm relativ zu 1993 (leicht geglättet; Church und White 2006, Jevrejeva u.a. 2008, Holgate und Woodworth 2004). Rechts: Räumliche Abweichungen davon im Mittel der Satelliten-Messperiode (1993–2009) (CSIRO 2010).

Ursachen des aktuellen Meeresspiegelanstiegs entschlüsselt

Der zweistufige Verlauf des Meeresspiegelanstieges erinnert an den Verlauf der globalen Lufttemperatur in der instrumentellen Periode. Jedoch verliefen bis vor kurzem alle Erklärungsversuche eines Zusammenhangs erfolglos. Der Meeresspiegelanstieg fiel im Vergleich zu der Summe seiner bis dato quantifizierten Ursachen (Komponenten) zu stark aus. Eine erste plausible Erklärung für die letzten 50 Jahre gaben erst im Jahr 2008 Domingues und ihre Kollegen ab. Die Basis ihres Ansatzes war die Zerlegung des integralen Meeresspiegelanstieges in fünf Komponenten (Abb. 2). Die Summe der einzelnen Komponenten ergibt den gesamten beobachteten Meeresspiegelanstieg und stellt somit eine geschlossene Wasserbilanz dar. Nicht rekonstruiert werden konnten jedoch die dekadischen Variationen des Meeresspiegels. Der Grund dafür wird in den noch vorhandenen Unsicherheiten zu den Anteilen der Eisschilde und der tiefen Ozeanschichten vermutet.

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Abb. 2: Entwicklung der fünf Komponenten, anhand derer der rezente Meeresspiegelanstieg plausibel erklärt werden kann: thermische Ausdehnung seichter (0–700 m, rot) und tiefer (unter 700 m, orange) Ozeanschichten, Zufluss der schmelzenden Eisschilder (blau), Zufluss der schmelzenden Gletscher und Eiskappen (grau) und Wassermengen, die kurz- bis mittelfristig auf dem Festland gespeichert und freigegeben werden (Schneedecke, Permafrost, Stauseen, Trockenlegung von Feuchtgebieten, Förderung von fossilen Wasserquellen usw., dunkelgrün; Domingues u.a. 2008).

Für die Zeitspanne 1961–2003 wird der Anteil der thermischen Expansion der seichten Ozeanschichten sowie der schmelzenden Gletscher und Eiskappen am Meeresspiegelanstieg mit jeweils etwa 20 mm beziffert. Diese Komponenten sind somit für das Gros des rezenten Meeresspiegelanstiegs verantwortlich. Die berechneten Anstiegsraten betragen 0,5 (±0,1) mm pro Jahr für die thermische Expansion der seichten Ozeanschichten und 0,5 (±0,2) mm pro Jahr für die schmelzenden Gletscher und Eiskappen. Die genaue Datenanalyse lieferte einen etwa 50 % höheren Trend für die thermische Expansion der seichten Ozeanschichten als berechnete Trends aus früheren Arbeiten. Für die Gletscher und Eiskappen konnte in den letzten zehn Jahren (1993–2003) des Beobachtungszeitraums eine beschleunigte Rate von 0,8 (±0,2) mm pro Jahr festgestellt werden.

Unterschätzte temperaturbedingte Ausdehnung des Ozeanwassers

Die Anstiegsrate für die tiefen Ozeanschichten wurde für den untersuchten Zeitraum (1961–2003) mit 0,2 (±0,1) mm pro Jahr angenommen, wobei dieser Wert aufgrund der nur spärlich vorhandenen Daten mit einem Fragezeichen zu versehen ist. Für das antarktische bzw. grönländische Eisschild wird eine Rate von 0,2 (±0,4) bzw. 0,1 (±0,1) mm pro Jahr angegeben, wobei wieder auf die Unsicherheiten hinzuweisen ist. Die Beiträge des auf dem Festland gespeicherten oder freigegebenen Wassers sind in Summe null. Nur kurzfristigere Einflüsse wie das lokale Minimum von etwa –5 mm in den kühlen 1970er-Jahren sind zu erkennen. Der Grund war die Speicherung von Wasser in Form von Schnee am Festland, der den Sommer überdauerte. Aber auch eine rege Bautätigkeit von Stauseen war mitverantwortlich.

Die Summe aller Einzelkomponenten dieser Analyse ergibt somit für den Zeitraum 1963–2003 eine Anstiegsrate des Meeresspiegels von 1,5 (±0,4) mm pro Jahr. Vergleicht man dazu die tatsächlich in dem Zeitraum beobachtete Anstiegsrate des Meeresspiegels von 1,6 (±0,2) mm pro Jahr, so lässt sich die relativ hohe Qualität dieser Analyse erkennen. Aufbauend auf derartige Untersuchungen ist erst ein naturwissenschaftlich begründeter Blick in die Zukunft zulässig.

 

Literatur:

Church J.A., White N.J. (2006): A 20th century acceleration in global sea-level rise. Geophysical Research Letters 33, L01602, doi:10.1029/2005GL024826

Church J.A., Woodworth P.L., Aarup T., Wilson W.S. (Hg.) (2010): Understanding sea-level rise and variability. Chichester: Wiley-Blackwell, 428 Seiten, ISBN 978-1-4443-3452-4

CSIRO: Historical sea level changes. Last two decades. http://www.cmar.csiro.au/sealevel/sl_hist_last_15.html, abgerufen am 29.10.2010

Domingues C.M., Church J.A., White N.J., Gleckler J., Wijffels S.E., Barker P.M., Dunn J.R. (2008): Improved estimates of upper-ocean warming and multi-decadal sea-level rise. Nature 453, 1090–1093, doi:10.1038/nature07080

Holgate S.J., Woodworth P.L. (2004): Evidence for enhanced coastal sea level rise during the 1990s. Geophysical Research Letters 31, doi:10.1029/2004GL019626

Jevrejeva S., Grinsted A., Woodward P.L. (2008): Recent global sea level acceleration started over 200 years ago? Geophysical Research Letters 35, doi:10.1029/2008GL033611

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