FAQ 13.1 | Warum unterscheidet sich die lokale Meeresspiegeländerung vom globalen Durchschnitt?

Sich verlagernde oberflächennahe Winde, die Ausdehnung des sich erwärmenden Ozeanwassers und Zufuhr von Schmelzwasser können Ozeanströmungen verändern, die ihrerseits wiederum zu Veränderungen des Meeresspiegels führen, die sich von Ort zu Ort unterscheiden. Vergangene und gegenwärtige Schwankungen in der Verteilung von Landeismassen beeinflussen die Form und das Schwerefeld der Erde, was ebenfalls regionale Schwankungen des Meeresspiegels verursacht. Zusätzliche Unterschiede in der Meeresspiegelhöhe werden durch den Einfluss lokalerer Prozesse wie beispielsweise Sedimentverdichtung und Tektonik verursacht.

Entlang jeder Küste kann eine vertikale Bewegung entweder der Meeres- oder der Landoberfläche Änderungen des Meeresspiegels gegenüber dem Land (auch relativer Meeresspiegel genannt) hervorrufen. Zum Beispiel kann eine lokale Veränderung durch einen Anstieg der Meeresoberfläche hervorgerufen werden oder durch ein Absinken der Landoberfläche. Über relativ kurze Zeitspannen (Stunden bis Jahre) bestimmt der Einfluss von Gezeiten, Stürmen und Klimavariabilität – wie zum Beispiel El Niño – die Meeresspiegelschwankungen. Erdbeben und Erdrutsche können ebenfalls Einfluss nehmen, indem sie Veränderungen der Landhöhe und (manchmal) Tsunamis verursachen. Über längere Zeitspannen (Jahrzehnte bis Jahrhunderte) ist der Einfluss des Klimawandels – mit den damit verbundenen Änderungen des Ozeanvolumens und des Festlandeises – in den meisten Regionen der Hauptbeitrag zur Meeresspiegeländerung. Über diese langen Zeiträume können unterschiedliche Prozesse auch eine vertikale Bewegung der Landoberfläche verursachen, was ebenfalls zu deutlichen Veränderungen des relativen Meeresspiegels führen kann.

Seit dem späten 20. Jahrhundert zeigen Satellitenmessungen der Meeresoberflächenhöhe im Verhältnis zum Erdmittelpunkt (bekannt als geozentrische Meeresspiegelhöhe) weltweit unterschiedliche Änderungsraten des geozentrischen Meeresspiegels (siehe FAQ 13.1, Abbildung 1). Im westlichen Pazifik waren die Änderungsraten von 1993 bis 2012 beispielsweise etwa dreimal höher als der globale Mittelwert von 3 mm pro Jahr. Im Gegensatz dazu sind sie im Ostpazifik kleiner als der globale Mittelwert, und große Teile der Westküste Amerikas erfuhren im gleichen Zeitraum ein Absinken des Meeresspiegels.

Viele der in FAQ 13.1, Abbildung 1 dargestellten räumlichen Unterschiede sind Ergebnis natürlicher Klimavariabilität – wie beispielsweise El Niño und die Pazifische Dekadische Oszillation – über Zeitskalen von etwa einem Jahr bis zu mehreren Jahrzehnten. Diese klimatischen Schwankungen verändern oberflächennahe Winde, Meeresströmungen, Temperatur und Salzgehalt und beeinflussen daher den Meeresspiegel. Der Einfluss dieser Vorgänge wird sich während des 21. Jahrhunderts fortsetzen. Er wird zu den räumlichen Mustern der Meeresspiegeländerung hinzukommen, die mit dem langfristigen Klimawandel verbunden sind und ebenfalls mit Veränderungen oberflächennaher Winde, Ozeanströmungen, Temperatur und Salzgehalt und auch des Ozeanvolumens einhergehen. Im Gegensatz zur natürlichen Variabilität akkumulieren sich allerdings die langfristigen Trends im Laufe der Zeit und es wird daher erwartet, dass sie im 21. Jahrhundert dominieren. Die daraus resultierenden Raten der geozentrischen Meeresspiegeländerung über diesen längeren Zeitraum können daher ein deutlich anderes Muster aufweisen als das in FAQ 13.1, Abbildung 1 dargestellte.

Gezeitenpegel messen den relativen Meeresspiegel und schließen damit Veränderungen ein, die von vertikaler Bewegung sowohl der Landoberfläche als auch der Meeresoberfläche verursacht werden. Entlang vieler Küstenregionen ist die vertikale Bewegung der Landoberfläche gering, so dass die langfristige Änderungsrate des Meeresspiegels, die von Küsten- oder Inselpegeln aufgezeichnet wird, dem globalen Mittelwert ähnelt (siehe Aufzeichnungen aus San Francisco und Pago Pago, FAQ 13.1, Abbildung 1). In einigen Regionen hatte die vertikale Landbewegung einen bedeutenden Einfluss. Beispielsweise wird das in Stockholm gemessene beständige Absinken des Meeresspiegels (FAQ 13.1, Abbildung 1) durch die Anhebung dieser Region verursacht, die auf das Abschmelzen eines großen (>1 km Mächtigkeit) kontinentalen Eisschilds Ende der letzten Eiszeit, zwischen ~20 000 und ~9 000 Jahren vor heute, folgt. Solch eine andauernde Verformung des Erdoberfläche infolge des Abschmelzens alter Eisschilde stellt einen signifikanten Beitrag zu regionalen Meeresspiegeländerungen in Nordamerika und Nordwesteurasien dar, die auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit von großen kontinentalen Eisschilden bedeckt waren.

In anderen Regionen kann der gleiche Prozess zu Landabsenkung führen, was die relativen Meeresspiegel erhöht, wie in Charlottetown geschehen, wo ein relativ großer Anstieg im Vergleich zum globalen Mittelwert beobachtet wurde (FAQ 13.1, Abbildung 1). Vertikale Landbewegung aufgrund von tektonischen Plattenbewegungen können in manchen Regionen ebenfalls Abweichungen vom mittleren globalen Meeresspiegeltrend verursachen. Dies gilt besonders für Regionen nahe aktiver Subduktionszonen, wo sich eine tektonische Platte unter die andere schiebt. Im Fall von Antofagasta (FAQ 13.1, Abbildung 1) scheint dies zu einer kontinuierlichen Landhebung und daher einem Absinken des relativen Meeresspiegels zu führen.

Zusätzlich zu regionalen Einflüssen vertikaler Landbewegung auf die relative Änderung des Meeresspiegels führen einige Prozesse zu Landbewegungen, die schnell ablaufen und sehr lokal auftreten. Zum Beispiel wird der im Verhältnis zum globalen Mittel größere Anstieg in Manila (FAQ 13.1, Abbildung 1) durch eine Landabsenkung dominiert, die durch intensives Abpumpen von Grundwasser verursacht wird. Landabsenkung aufgrund von natürlichen und anthropogenen Prozessen, wie beispielsweise der Entnahme von Grundwasser oder Kohlenwasserstoffen, ist in vielen Küstenregionen verbreitet, vor allem in großen Flussdeltas.

FAQ 13.1, Abbildung 1 | Karte der Änderungsraten der Meeresoberflächenhöhe (geozentrischer Meeresspiegel) für den Zeitraum 1993–2012 aus Satellitenaltimetriedaten. Ebenfalls dargestellt sind relative Meeresspiegeländerungen (graue Linien) ausgewählter Pegelstationen für den Zeitraum 1950 –2012. Zum Vergleich ist zu jeder Pegelzeitreihe auch eine Schätzung der mittleren globalen Meeresspiegeländerung dargestellt (rote Linien). Die relativ großen, kurzfristigen Oszillationen des lokalen Meeresspiegels (graue Linien) resultieren aus der natürlichen Klimavariabilität, die im Haupttext beschrieben ist. So werden zum Beispiel die großen, regelmäßigen Abweichungen in Pago Pago mit El Niño-Southern Oscillation in Zusammenhang gebracht.

 

Oft wird angenommen, dass schmelzendes Eis von Gletschern oder des Grönländischen oder Antarktischen Eisschildes zu einem global einheitlichen Meeresspiegelanstieg führen würde, ähnlich, wie wenn eine Badewanne mit Wasser gefüllt wird. Tatsächlich führt ein solches Abschmelzen zu regional unterschiedlichen Meeresspiegeländerungen aufgrund einer Vielfalt von Prozessen, einschließlich Änderungen von Ozeanströmungen, Winden, dem Schwerefeld der Erde und der Festlandhöhe. Beispielsweise sagen Computermodelle, die diese beiden letztgenannten Prozesse simulieren, eine regionale Abnahme des relativen Meeresspiegels rund um die schmelzenden Eisschilde voraus, da die Gravitationsanziehung zwischen Eis und Ozeanwasser verringert wird und das Festland dazu tendiert, sich zu heben, wenn das Eis schmilzt (FAQ 13.1, Abbildung 2). Dagegen verstärkt sich weiter entfernt von den schmelzenden Eisschilden der Meeresspiegelanstieg im Vergleich zum globalen Mittelwert.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass eine Vielzahl von Prozessen Höhenveränderungen der Ozeanoberfläche und des Meeresbodens antreibt, was in ausgeprägten räumlichen Mustern von Meeresspiegeländerungen auf lokalen bis regionalen Ebenen zum Ausdruck kommt. Die Kombination dieser Prozesse erzeugt ein komplexes Muster der gesamten Meeresspiegeländerung, das mit der Zeit variiert, je nachdem, wie sich die relativen Beiträge der einzelnen Prozesse ändern. Die mittlere globale Änderung ist ein hilfreicher Einzelwert, der die Beiträge von klimatischen Prozessen (z. B. Schmelzen von Inlandeis und Ozeanerwärmung) widerspiegelt und eine gute Abschätzung der Meeresspiegeländerung an vielen Küstenorten darstellt. Gleichzeitig können jedoch in Fällen, wo die vielfältigen regionalen Prozesse ein starkes Signal hervorrufen, große Abweichungen vom globalen Durchschnittswert auftreten.

 

FAQ 13.1, Abbildung 2 | Modellergebnis, das die relative Meeresspiegeländerung zeigt, die auf das Schmelzen des Grönländischen und des Westantarktischen Eisschildes mit einer Rate von jeweils 0,5 mm pro Jahr folgen würde (dies ergibt einen globalen Mittelwert für den Meeresspiegelanstieg von 1 mm pro Jahr). Die modellierten Meeresspiegeländerungen sind nahe den schmelzenden Eisschilden geringer als der globale Mittelwert, weiter davon entfernt sind sie jedoch höher (angepasst nach Milne et al., 2009).

 

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Diese deutsche Übersetzung sollte zitiert werden als:

IPCC 2014: Klimaänderung 2013: Naturwissenschaftliche Grundlagen. Häufig gestellte Fragen und Antworten – Teil des Beitrags der Arbeitsgruppe I zum Fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) [T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex und P.M. Midgley (Hrsg.)]. Deutsche Übersetzung durch die deutsche IPCC-Koordinierungsstelle und Klimabüro für Polargebiete und Meeresspiegelanstieg, Bonn, 2017.