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Tendenz steigend

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.03.2010 14:51

Das Wasser der Ozeane könnte bald Millionen Menschen bis zum Hals stehen – das prophezeien etliche Klimaszenarien. In welchen Zeiträumen der Meeresspiegel wie stark genau steigen wird, hängt dabei noch von vielen Unbekannten ab. Nach ihnen fahnden Meeresforscher, auch in alten Datenschätzen.

Weit ins Landesinnere versetzte Küstenlinien, die Umsiedlung von Millionen von Menschen, von der Landkarte gewischte Inselgruppen – die Szenarien rund um das Thema Meeresspiegelanstieg nehmen immer gewaltigere Formen an. Bis zu 59 Zentimeter bis 2100 setzt der Weltklimarat IPCC an, bis zu anderthalb Meter prognostizieren Forscher vom britischen Proudman Oceanographic Laboratory. Für die Bewohner von Metropolen wie Shanghai oder Kalkutta, ja ganzer Regionen etwa in Bangladesh und etlichen pazifischen Inselstaaten würde das die Überflutung ihrer Heimat in den nächsten Jahrzehnten bedeuten.

Küstengebiete, die nur 10 Meter und niedriger über dem Meeresspiegel liegen, beherbergen laut einer Studie des International Institute for the Environment and Development in London rund ein Zehntel der Weltbevölkerung. Unter den Stadtbewohnern sind es sogar 13 Prozent, die in der so genannten „Low Elevation Coastal Zone“ leben und arbeiten. Es geht um viel – mehr als 200 Millionen Klimaflüchtlinge, den Zusammenbruch ganzer Volkswirtschaften. Doch noch sind die Prognosen der Forscher zu ungenau, noch sind die Ausgangsszenarien ihrer Modelle von zu vielen Unbekannten abhängig.

Wie viel trägt das abschmelzende Festlandeis, wie viel die Temperaturerhöhung der Ozeane durch den Treibhauseffekt zum Anstieg bei? Welchen kurz-, welchen langfristigen Schwankungen und welchen regionalen Variationen unterliegt die Höhe des Meeresspiegels? Je genauer diese Fragen beantwortet werden, desto klarer wird auch der Blick auf die Wasserstände der Zukunft.

Flache Küstengebiete

Auf dieser aus Satellitendaten zusammengesetzten Weltkarte sind all jene Küstenregionen rot markiert, die sich nur bis zu einem Meter aus dem Meer erheben. © NASA Goddard Institute for Space Studies

 
„Zukunftsszenarien zu entwerfen ist sehr wichtig. Aber ich finde es zu plakativ, wenn man dann einfach sagt, dass wir in 100 Jahren einen soundso großen Meeresspiegelanstieg haben werden“, sagt Dr. Tilo Schöne vom Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam. „Da gehen sehr viele Randbedingungen und große regionale Unterschiede mit ein, die man berücksichtigen muss.“

Der 44-jährige Meeresforscher weiß, wovon er spricht. Schöne ist am GFZ für die Arbeitsgruppe „Meeresspiegel- und Eisoberflächenvariabilitäten“ zuständig; er und sein Team liefern das Datenmaterial, auf das spätere, genauere Klimaprognosen aufbauen sollen. Dazu nutzen sie die Radar-Höhenvermessung der Ozeane durch Satelliten, die so genannte Radar-Altimetrie, und verfolgen anhand der Zahlenwerte die Trends des Meeresspiegels.

Im Zentrum der Arbeiten steht dabei seit drei Jahren vor allem ein Projekt: „Sea Level Variations“, kurz SEAVAR. Tilo Schöne fasst das im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprogramms GEOTECHNOLOGIEN geförderte Projekt zusammen: „Hier beschäftigen wir uns im Wesentlichen mit der Aufbereitung von Radar-Altimeterdaten und der Verknüpfung mit Gezeitenpegeln.“ Das Besondere an dieser Kombination: Die Wissenschaftler blicken ausschließlich auf vergangene Dekaden. Mithilfe eines gewaltigen Datenfundus und mathematischer Modelle rekonstruieren sie die Meeresspiegelanomalien, also Abweichungen von bestimmten Mittelwerten der Meereshöhe, der letzten 50 Jahre.

Bis zu den Radardaten von 1985

Datensätze von Radarsatelliten und Aufzeichnungen alter Pegelmessungen – das war die Ausgangslage des Projekts im August 2005. Vor Schöne und seinem Team lag die Aufgabe, die vorhandenen Daten in eine verwertbare Form zu bringen. Eine Form, die es erlaubte, weit zurückreichende Zeitreihen der Meeresspiegelanomalien anzulegen, um damit auch Schwankungen zu erfassen, die sich über mehrere Jahrzehnte abspielten. „Die meisten Untersuchungen, die wir bisher gemacht haben, aber auch die, die international gemacht werden, starten einfach im Jahr 1991 mit dem ERS-1-Satelliten“, erzählt Schöne. „Das Ziel von SEAVAR ist aber ja eigentlich, dekadische Schwankungen des Meeresspiegels aufzudecken, also was in 10 oder in 20 Jahren passiert ist. Wenn wir da Satelliten-Altimeter seit Anfang der 1990er nehmen, haben wir einfach noch nicht genügend Zeit. Wenn wir aber mit Satellitendaten von 1985 starten, dann erhalten wir diese 20 Jahre, die gebraucht werden, um solche Phänomene zu studieren.“

GEOSAT aus Künstlersicht

Veteran unter den Erdbeobachtern: Der mit einem Radar-Altimeter ausgestattete „Geodetic Satellite“, kurz GEOSAT (hier aus Künstlersicht), wurde im März 1985 ins All geschossen, um aus dem Erdorbit die Meeresoberfläche abzutasten. Fächerförmige Sonnenpaneele sorgten für die Energieversorgung, ein langer Ausleger mit einem Gewicht an der Spitze für die genaue Ausrichtung gen Erdoberfläche. © NASA


Seit Anfang der 1980er Jahre werden die Ozeane vom Weltraum aus per Radar abgetastet. Aus den einzelnen Messungen werden mehrtägige oder auch monatliche Karten des Meeresspiegels produziert, die man schließlich vergleichen kann, um daraus Variabilitäten abzuleiten. Genau auf diese Karten hatten es Tilo Schöne und sein Team abgesehen. Die Datensätze, die u. a. der Satellit GEOSAT zwischen 1985 und 89 zur Erde gefunkt hatte, waren den Meeresforschern allerdings nicht genau genug. Das lag nicht etwa an der Ausstattung der Satelliten, sondern an den Angaben zu deren damaligen Umlaufbahnen.

„Ein Satellit fliegt im Schwerefeld, wird also angezogen. Wenn man das Feld nicht sehr genau kennt, kann man auch die Satellitenbahnen nicht sehr genau kennen.“ Diese Ungenauigkeit setze sich natürlich auch in den gemessenen Meereshöhen fort, erklärt Schöne. Glücklicherweise könne man dies jedoch mittlerweile korrigieren: „Heute haben wir ein sehr genaues Schwerefeldmodell der Erde. Das und gewaltige Fortschritte in der Orbitprozessierung und -modellierung haben dazu geführt, dass wir auch diese alten Radardaten von den alten Satelliten heute noch mal mit den Messungen von damals kalibrieren können, neue Bahnen bestimmen und dadurch die Genauigkeit auf ein heutiges Niveau anheben können.“

Unterstützung durch Küstenpegel

Etwas mehr als 20 Jahre lassen sich die Zeitreihen an Meeresspiegelanomalien auf diese Weise in die Vergangenheit zurückverfolgen. Doch die Forscher von SEAVAR wollten weiter zurück, in eine Zeit, in der die Weltmeere noch nicht durch Satellitenaugen beobachtet wurden. Ohne die Daten von künstlichen Erdtrabanten standen dafür allerdings nur Gezeitenpegel zur Verfügung, die den Wasserstand der Ozeane in manchen Fällen seit mehr als 100 Jahren von Piers, Molen und Kais aus ermitteln. Eine im Vergleich zur Vermessung aus dem Weltraum recht störanfällige Methode, denn die Pegel sind fest mit dem Land verbunden – und das ist stärker in Bewegung als man denkt.

Beispiel Nordeuropa: Kilometerdicke Gletscherzungen lagen hier vor einigen tausend Jahren und drückten allein durch ihr Gewicht Teile der Erdkruste in den Erdmantel. Nachdem diese Eislast abgeschmolzen war, hob sich das Land wieder, bis heute jedes Jahr um mehrere Millimeter. Diese in geologischen Zeiträumen betrachtet geradezu rasante Aufwärtsfahrt unternehmen zusammen mit dem Land auch alle fest installierten Küstenpegel, deren Daten so zwangsläufig verfälscht werden. Schöne: „Das Problem ist, wenn Sie so einen Pegel in Skandinavien haben und nicht beachten, dass dieser sich in einem Jahr um einen Zentimeter nach oben bewegt, würden Sie einen scheinbaren Meeresspiegelabfall von einem Zentimeter sehen.“

Um die Datensätze von diesem unerwünschten Anteil zu säubern, greifen die Forscher auf das satellitengestützte Positionssystem GPS zurück. An den Pegeln installierte GPS-Stationen erfassen die Bewegung von Boden und Messapparatur und ermöglichen damit auch die Abschätzung vergangener Hebungen und Senkungen. Kennt man deren Werte, kann man die tatsächlichen lokalen Meereshöhen rekonstruieren „und sie über spezielle mathematische Verfahren mit den globalen Radar-Altimeterdaten verknüpfen, um so für lange Zeiträume auch die Variabilitäten im globalen Aspekt abzuleiten“, erläutert Tilo Schöne den letzten Schritt. Danach reicht der Datensatz an Meeresspiegelanomalien immerhin bis in die 1950er Jahre.

Im Falle noch weiter zurückliegender Jahrzehnte wird die Datenbasis, auf die sich das SEAVAR-Team stützen kann, leider immer dürftiger. Immer weniger Pegel stehen zur Verfügung. Schöne: „Wenn man jetzt zum Beispiel bis in die 1920er Jahre zurückgehen wollte, dann findet man vielleicht noch acht oder zehn Pegel, die solche langen Zeitserien haben und wo einem auch GPS-Informationen zur Verfügung stehen.“

Ursachenforschung

Auch wenn die dreijährige Förderung des Projekts im Herbst auslief, die Arbeiten sind noch längst nicht abgeschlossen. Vor allem einer Frage wollen Schöne und seine Kollegen noch genauer nachgehen: Wie viel tragen die einzelnen Folgen der Erderwärmung zum Meeresspiegelanstieg bei? Wie viel die Wärmeausdehnung des Meerwassers, wie viel das Abschmelzen dicker Festlandeispanzer?

„Wenn sich die Höhe des Meeresspiegels ändert, dann setzt sich diese Änderung aus zwei Teilen zusammen“, erklärt Meeresforscher Schöne das Prinzip, „das eine sind Effekte wie z. B. die Ausdehnung des Wassers oder die Änderung des Salzgehalts und damit der Dichte. Das andere das Abschmelzen von Festlandeis, etwa in Grönland oder der Antarktis, mit dem richtig Wassermassen zugeführt werden. Sie haben also einen Volumen- und einen Massenanteil an der Meeresspiegeländerung.“

Die für die genaue Bestimmung der beiden Anteile benötigten Daten liegen den Forschern von SEAVAR bereits vor – neben den Altimeterdaten von GEOSAT und Co. sind das die für deren Neuberechnung verwendeten Schwerefeldmessungen sowie Messwerte, die von den „ARGO-Driftern“ geliefert werden. Die robotischen Messbojen treiben zu Tausenden um den Globus und liefern Temperatur- und Salzgehaltsprofile des Meerwassers.


Argodrifter

Eine von 3283 Messbojen der Argo-Flotte. Die Messsysteme werden auf dem Meer ausgeworfen. Von der Strömung über die Weltmeere befördert, messen die Bojen bei regelmäßigen automatischen Tauchgängen Temperatur und Salzgehalt des Meerwassers bis in 2000 Meter Tiefe. (Bild: Argo)


Blick nach vorn

In den nächsten Monaten sollen die fünf Jahrzehnte umfassenden SEAVAR-Datensätze veröffentlicht werden. Eine Vielzahl anderer Projekte werden die Ergebnisse dann als Grundlage nutzen. So fließen die per GPS erfassten Daten der Landhebungen – eigentlich ja nur ein Nebenprodukt – in Arbeiten ein, die aus dem Ansteigen der von eiszeitlichen Gletschern befreiten Erdmassen Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Erdmantels ziehen wollen. Die Anomalien und korrigierten Radar-Altimeterdaten wiederum gehen an Ozeanographen des Alfred-Wegener-Instituts, das ebenfalls am Projekt SEAVAR beteiligt ist. Die Bremerhavener speisen die Zahlenwerte in neue Ozeanmodelle und Simulationen, um präzisere Vorhersagen zum Meeresspiegelanstieg machen zu können.

Und auch wenn Tilo Schöne einen großen Beitrag zu dieser Entwicklung leistet, an den Prognosen beteiligen möchte er sich lieber nicht. „Es ist mir unangenehm, darüber zu spekulieren, wo die Randbedingungen herkommen und ob sie wirklich so dramatisch sind.“ Ein differenzierter Blick sei hier gefragt, keine generellen Meterangaben. „Wenn es heißt, man hätte einen mittleren Anstieg von drei Millimetern pro Jahr, dann kommt man global natürlich auf die nächsten hundert Jahre hochgerechnet auf einen Anstieg von 30 Zentimetern. Man muss aber bedenken, dass die drei Millimeter sich aus vielen Gegenden zusammensetzen. Gegenden, die zwei Zentimeter Plus machen, und anderen Gegenden, die zwei Zentimeter Minus machen. Die Frage nach dem zukünftigen Trend des Meeresspiegels ist also gar nicht so einfach zu beantworten.“

TM, iserundschmidt 12/2008


Weitere Infos zu SEAVAR und den übrigen Projekten innerhalb des Themenschwerpunkts „Beobachtung des Systems Erde aus dem Weltraum“ finden Sie auf den Seiten des Programms GEOTECHNOLOGIEN. Die Arbeiten im Rahmen des Projekts überschneiden sich mit vielen anderen Arbeiten deutscher Wissenschaftler, etwa mit den Projekten „GOCE-GRAND II“, „Die Fennoskandische Landhebung: ein Test- und Anwendungsgebiet für GRACE“ und dem Großprojekt DEKLIM aus dem Forschungsschwerpunkt „Globale Klimaänderungen“.

Hier geht es zum „NASA sea level viewer”.

Karten der „Low Elevation Coastal Zone“ finden Sie hier, die Studie des International Institute for the Environment and Development in voller Länge hier.

Bilder von ARGO finden sich auf dieser Seite, zusammen mit den „Floatkarten“ der schwimmenden Sensorbojen.

Verweise
Bild(er)