Wie stark steigt der Meeresspiegel an?

Die Höhe der Meeresoberfläche schwankt auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen: neben kurzfristigen Variationen durch Wind oder Gezeiten (Stunden bis Tage) treten auch längerfristige Veränderungen  aufgrund klimatologischer Prozesse auf (Monate bis Jahrtausende). Darüber hinaus führt auch die geologisch bedingte Hebung und Senkung von Landmassen zu einer lokalen Änderung des Wasserstandes, was etwa bei der Analyse von Pegelstationsmessungen berücksichtigt werden muss. So hebt sich z. B. die von den Eismassen der letzten Eiszeit entlastete skandinavische Halbinsel zur Zeit an einigen Stellen um bis zu 1 cm pro Jahr. Meeresspiegeländerungen sind auch auf längeren Zeitskalen räumlich variabel, abhängig u.a. von der Verteilung von Temperatur-, Wind- und Zirkulationsänderungen. Dies führt auch dazu, das regionale Änderungen des Wasserstandes sehr viel größer (bzw. kleiner) als der globale Mittelwert ausfallen können. Vor dem Hintergrund der aktuellen Diskussionen um die Folgen eines Meeresspiegelanstiegs durch den globalen Klimawandel ist insbesondere die Tatsache bemerkenswert, dass die Höhe des mittleren globalen Meeresspiegels in den letzten 2000 Jahren mit großer Wahrscheinlichkeit um nicht mehr als ±0.25 m geschwankt hat.

 

Beobachtungen – Meeresspiegelanstieg in den letzten hundert Jahren

Auswertungen von Pegelmessstationen zeigen einen Anstieg des mittleren Meeresspiegels um 1.7 ± 0.5 mm pro Jahr im 20. Jahrhundert. Die Beobachtungsdaten wurden zur Berechnung dieses Wertes mit den Ergebnissen geologischer Modelle der Erdkrustenbewegung korrigiert, um den Effekt der Anhebung und Absenkung der Erdkruste zu berücksichtigen. Die Unsicherheit im Ergebnis ist dennoch leider recht groß, da zum einen nur relativ wenige lange Pegelmessreihen vorhanden sind, zum anderen die Korrekturen selber Unsicherheiten beinhalten. Prinzipiell sollte der beobachtete Anstieg mit der Summe aller seiner Ursachen gleich sein. Dies ist jedoch zumindest bis 1993 nicht der Fall – ein Hinweis auf mangelnde globale Abdeckung der Pegelstationen zum einen, und auf ungenaue Beobachtungen der einzelnen Beiträge zum anderen. Seit 1993 gibt es jedoch sehr viel genauere Beobachtungen des Meeresspiegels mit Satelliten: von 1993 bis 2003 stieg der globale mittlere Meeresspiegel um etwa 3.1 mm pro Jahr an, beschleunigte sich also gegenüber den vorherigen Dekaden. Mit Hilfe moderner Beobachtungssysteme und Klimamodelle sind die Ursachen dieses Anstiegs mittlerweile recht gut verstanden (siehe Tabelle 1 und Abbildung 1):

 

Erwärmung der Ozeane infolge des globalen Temperaturanstiegs

Zusätzliche Treibhausgase in der Atmosphäre bewirken eine Erwärmung der Ozeane – da warmes Wasser mehr Volumen einnimmt als kaltes, dehnt sich die Wassersäule aus und der Meeresspiegel steigt entsprechend an (thermische Expansion). Änderungen des Meeresspiegels aufgrund von Dichteänderungen bezeichnet man auch als sterische Meeresspiegeländerungen. Eine Erwärmung der gesamten Wassersäule (bis in ca. 4000 m Tiefe) um 1 Grad würde zum Beispiel einen Anstieg des Meeresspiegels um etwa 0.5 m bewirken. Eine solche gleichmäßige Erwärmung der gesamten Wassersäule innerhalb kurzer Zeit ist jedoch unrealistisch, denn die tiefen Ozeanschichten tauschen sich nur sehr langsam mit der Ozeanoberfläche aus (die Zahl soll nur die Größenordnung der thermischen Ausdehnung verdeutlichen). Daher erwärmen sich die tiefen Schichten mit einer zeitlichen Verzögerung, was den Meeresspiegelanstieg einerseits verlangsamt, andererseits aber auch noch einige Jahrhunderte länger andauern lässt als die Erwärmung der Erdatmosphäre. Temperaturmessungen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts zeigen eine Erwärmung aller Ozeanbecken, was entsprechend zu einer thermischen Ausdehnung der Wassersäule geführt hat. Seit etwa 1990 beschleunigt sich diese Ausdehnung und trägt erheblich zum beobachteten Anstieg bei (Tabelle 1).

 

Einfluss der großen Eisschilde in Grönland und der Antarktis, der Gebirgsgletscher, sowie terrestrischer Wasserspeicher

Neben der erwähnten sterischen Änderung wird der Meeresspiegel auch durch nicht-sterische Volumenänderungen beeinflusst – gemeint sind damit Massenänderungen durch das Hinzufügen von Wasser aus nicht-ozeanischen Wasserspeichern. Der Eispanzer der Antarktis stellt den weltweit größten Süßwasserspeicher dar. Zur Zeit wird sein Volumen auf etwa 24.7 Mio. Kubikkilometer geschätzt; ein vollständiges Abschmelzen würde den Meeresspiegel um etwa 56.6 m erhöhen. Der zweitgrößte Speicher ist der Grönländische Eisschild. Sein Volumen wird auf 2.9 Mio. Kubikkilometer geschätzt; sein Abschmelzen würde den Meeresspiegel um etwa 7.3 m ansteigen lassen (siehe auch Schmelzen die Gletscher und Polkappen). Bis vor wenigen Jahren waren Abschätzungen der antarktischen und grönländischen Massenbilanzen mit so großen Unsicherheiten behaftet, dass sich nicht einmal die Vorzeichen der Änderungen eindeutig bestimmen ließen. Neuere satellitengestützte Messungen seit 2002 zeigen allerdings einen eindeutigen Rückgang zumindest des Grönländischen Eisschildes (Tabelle 1). Diese Abschätzungen haben allerdings aufgrund des relativ kurzen Beobachtungszeitraums noch immer recht hohe Unsicherheiten, so dass langfristige Trends nur grob geschätzt werden können. Ob auch der Antarktische Eisschild schmilzt, ist hingegen noch nicht eindeutig geklärt (Tabelle 1; der Mittelwert aller Beobachtungen deutet auf ein Abschmelzen hin, aber die Streuung ist so groß, dass auch ein Anwachsen nicht ausgeschlossen werden kann).

Seit ca.1850 wird in vielen Gebirgen ein Rückgang der Gletscher und Eiskappen beobachtet. Dieses Abschmelzen führt direkt zum Anstieg des Meeresspiegels, da das Schmelzwasser letztlich über die Flüsse in den Ozean gelangt. Zur Zeit wird das Volumen der Gletscher (ohne Grönland und Antarktisgletscher) auf 0.05 bis 0.13 Mio. Kubikkilometer geschätzt. Ein vollständiges Abschmelzen würde den Meeresspiegel entsprechend um 0.15 bis 0.37 m ansteigen lassen (siehe auch Schmelzen die Gletscher und Polkappen). Im vergangenen 20. Jahrhundert hat der Rückzug der Inlandsgletscher erheblich zum Meeresspiegelanstieg beigetragen (Tabelle 1).

Was den terrestrischen Wasserspeicher (Grundwasser, Permafrost, Stauseen) betrifft, so gibt es zur Zeit gibt es keine eindeutigen Belege für signifikante Trends, die zu einer Änderung des Meeresspiegels beitragen. Satellitengestützte Beobachtungssysteme werden hier aber in den nächsten Jahren helfen, etwaige Abweichungen und Anomalien zu erkennen.

 

 

Beitrag [mm/Jahr] 1961-2003 1993-2003
Thermische Ausdehnung 0.42±0.12 1.6±0.5
Gletscher 0.50±0.18 0.77±0.22
Grönland 0.05±0.12 0.12±0.07
Antarktis 0.14±0.41 0.21±0.35
Summe 1.1±0.5 2.8±0.7
Direkte Beobachtung 1.8±0.5 3.1±0.7

Tabelle 1: Einzelbeiträge zum globalen mittleren Meeresspiegelanstieg zwischen 1961-2003, und zwischen 1993-2003 (Quelle: IPCC 2007, Tabelle TS.3.).

 

 

 

Abbildung 1: Einzelbeiträge und Unsicherheiten zum Meeresspiegelanstieg zwischen 1961-2003, und zwischen 1993-2003 (Quelle: IPCC 2007).

 

Erwarteter Meeresspiegelanstieg im 21. Jahrhundert

Prognosen für die nächsten hundert Jahre hängen im Prinzip von dem zu erwartenden Temperaturanstieg ab. Da die Ozeane sich jedoch nur relativ langsam mit der Atmosphäre austauschen, ist zumindest der thermische Meeresspiegelanstieg für die nächsten 20-30 Jahre relativ unabhängig vom globalen Erwärmungsszenario – die Ozeane hinken den atmosphärischen Temperaturänderungen hinterher, ein Teil des zukünftigen Anstiegs ist somit schon „realisiert“. Verschiedene Klimamodelle projizieren einen weiteren Meeresspiegelanstieg von 18 bis 59 cm zwischen 2090-2099 (relativ zu 1980-1990), abhängig von den zukünftigen Treibhausgasemissionen und dem damit verbundenen globalen Temperaturanstieg. Den größten Beitrag liefert dabei die thermische Ausdehnung der Wassersäule, gefolgt vom Schmelzen der Gebirgsgletscher (Abbildung 2). Einen großen Unsicherheitsfaktor bei der Abschätzung stellen die grönländischen und antarktischen Eisschilde dar; ihre zukünftige Entwicklung kann mit heutigen Modellen nicht hinreichend genau berechnet werden. Sollte sich der aktuelle Abschmelztrend des grönländischen Eisschildes im 21. Jahrhundert fortsetzen bzw. mit zunehmender Temperatur noch verstärken, muss bis 2090-2099 mit einem zusätzlichen Anstieg von 10 bis 20 cm gerechnet werden. Für die Antarktis hingegen kann eine Zunahme des Eisvolumens nicht ausgeschlossen werden, was den Meeresspiegel entsprechend absenken würde. Dies liegt an erwarteten zunehmenden Niederschlägen in hohen Breiten bei globaler Erwärmung, die sich in Form von Schnee auf dem Eisschild ablagern.
Wie eingangs bereits kurz erwähnt, steigt der Meeresspiegel regional unterschiedlich stark an - ein Aspekt, der z.B. bei Küstenschutzplanungen berücksichtigt werden muss. Abbildungen und Animationen zu möglichen regionalen Meeresspiegeländerungen stellt das Deutsche Klimarechenzentrum zu Verfügung (externer Link folgtAnimationen und Bilder).

 

 

Abbildung 2: Projizierte Änderung des globalen mittleren Meeresspiegels in 2090-2099 (relativ zu 1980-1999) für sechs unterschiedliche Zukunftsszenarien (B1 bis A1F1). Gezeigt sind die Beiträge der einzelnen Komponenten, und die Unsicherheiten (5 bis 95%). Die Abschätzungen für das grönländische und antarktische Eisschild berücksichtigen nicht eine mögliche Beschleunigung der derzeitigen Abschmelzraten (Quelle: IPCC 2007).

 

 

Stand: November 2007
Ansprechpartner: Felix Landerer

 

Referenzen:

 

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2001, University Press Cambridge,
ISBN 0521 01495 6

 

F. W. Landerer, J. H. Jungclaus and J. Marotzke, 2007: Regional dynamic and steric sea level change in response to the IPCC-A1B scenario, Journal of Physical Oceanography, Vol. 37, No. 2, p. 296-312. 
reprint available

 

Meehl, G.A., T.F. Stocker, W.D. Collins, P. Friedlingstein, A.T. Gaye, J.M. Gregory, A. Kitoh, R. Knutti, J.M. Murphy, A. Noda, S.C.B. Raper, I.G. Watterson, A.J. Weaver and Z.-C. Zhao, 2007: Global Climate Projections. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.