Viele wurden vor dem Morgengrauen durch das Heulen von Luftalarmsirenen geweckt, andere durch das Läuten von Kirchenglocken. Einige registrierten nur ein fernes Klingen und schliefen wieder ein. Doch vor Ablauf dieses Tages – es war der 1. Februar 1953 – erfuhren mehr als eine Million Niederländer am eigenen Leib, wem die Signale gegolten und wovor sie gewarnt hatten.

Mitten in der Nacht war durch ein verhängnisvolles Zusammenwirken von Wind und Gezeiten das Meer bis zum Rand der Schutzdeiche angestiegen, die das großenteils unter dem Meeresspiegel liegende Land gegen die Nordsee abriegeln (Bild 1). Während die Bewohner der nahegelegenen Dörfer schliefen, begann das überschwappende Wasser die Erdwälle von der Rückseite her zu unterspülen. Schließlich brachen die Dämme, und die See ergoß sich bis zu 64 Kilometer weit ins Inland. Sie überschwemmte ein Sechstel der Niederlande. Mehr als 200000 Hektar Äcker und Weiden verschwanden unter den salzigen Fluten. An die 2000 Menschen starben und rund 100000 wurden obdachlos.

Die Erinnerung an diese Katastrophe war in der Bevölkerung noch lebendig, als ein Vierteljahrhundert später Wissenschaftler vor einem drohenden Anstieg der Weltmeere um einige Meter zu warnen begannen. Und so nahmen die niederländischen Raumplaner die Befürchtungen besonders ernst, daß eine von fast al-len Experten vorausgesagte Erwärmung der Erdoberfläche durch die Anreicherung von Kohlendioxid und anderen Infrarotstrahlung einfangenden Treibhausgasen in der Luft auch die Gefahr schwerer Überschwemmungen berge.

Einer der Gründe ist, daß sich mit der Erdatmosphäre allmählich auch die Ozeane aufheizen. Meerwasser aber dehnt sich wie fast alle Substanzen mit steigender Temperatur aus. Dieser Effekt allein könnte ausreichen, den Meeresspiegel innerhalb der nächsten 100 Jahre um mindestens 30 Zentimeter anzuheben.

Den zweiten Grund illustrieren viele Alpentäler. Wo sich vor ein bis zwei Jahrhunderten noch mächtige Eiszungen erstreckten, tritt heute der nackte Fels zutage. Schmelzwässer von den geschrumpften Hochgebirgsgletschern dürften den Meeresspiegel in den vergangenen hundert Jahren um etwa fünf Zentimeter angehoben haben. Durch den sich beschleunigenden Gletscherrückzug sollte sich der Zustrom ins Meer künftig noch verstärken.

Am meisten beunruhigt die Bewohner küstennaher Tiefländer jedoch eine dritte Gefahr: Vor gut 20 Jahren äußerten Wissenschaftler erstmals die Befürchtung, durch die globale Erwärmung könnte eine prekär gelagerte riesige Inlandeisdecke in der Antarktis zerbrechen und aufschmelzen. Die Folge wäre ein katastrophaler Anstieg des Meeresspiegels um voraussichtlich fünf oder sechs Meter innerhalb weniger Jahrzehnte.

Wie wahrscheinlich sind solche Prognosen? Wissenschaftler aus den verschiedensten Fachgebieten suchen mit einer Vielzahl experimenteller Ansätze – angefangen von Bohrungen in die antarktische Eiskappe bis hin zum Vermessen der Ozeane mit Radargeräten von Satelliten aus – Klarheit zu gewinnen. Vorerst vermochten sie sich allerdings nur darüber zu einigen, daß der Meeresspiegel zumindest in den letzten Jahrzehnten langsam angestiegen ist – um zwei Millimeter pro Jahr. Ob sich dieser Anstieg bei einer Erwärmung der Erdoberfläche dramatisch beschleunigen könnte, ist dagegen noch immer umstritten.


Unsicherheitsfaktor Westantarktis

Als einer der ersten renommierten Geologen beschwor 1978 John H. Mercer von der Ohio State University in Columbus die Gefahr eines katastrophalen Zusammenbruchs der antarktischen Eiskappe durch eine weltweite Temperaturerhöhung. Die dicke Eisschicht, die einen Großteil der westlichen Antarktis bedeckt, lagert auf Grundgestein, das sich deutlich unter dem Meeresspiegel befindet. Darum sei sie, wie Mercer behauptete, inhärent instabil und würde nur von den schwimmenden Packeisplatten gehalten, die sie derzeit umgeben. Diese sollten jedoch abtauen, falls die Südpolarregion durch den Treibhauseffekt nur um fünf Celsiusgrade erwärmt würde. Ihr Abschmelzen bliebe zwar noch ohne unmittelbaren Einfluß auf den Meeresspiegel, weil schwimmendes Eis bereits so viel Meerwasser verdrängt, wie es beim Verflüssigen ergibt. Anschließend sollte sich jedoch auch der seiner Stütze beraubte westantarktische Eisschild – ein Überbleibsel der letzten Eiszeit – rapide auflösen; durch die Freisetzung der gebundenen Wassermassen würden rund um den Erdball tiefgelegene Küstenstreifen überflutet (Bild 2).

Obwohl dieses Katastrophenszenario weitgehend theoretisch war, verwies Mercer auf Indizien, wonach der westantarktische Eisschild früher schon mindestens einmal abgeschmolzen sein dürfte. Vor etwa 130000 bis 110000 Jahren, als sich wahrscheinlich von Afrika aus die letzten gemeinsamen Vorfahren aller Menschen über Asien und Europa ausbreiteten, machte die Erde eine Klimaentwicklung durch, die derjenigen der vergangenen 20000 Jahren auffällig ähnelt. Auch damals kam es zu einer plötzlichen Erwärmung nach einer großen Eiszeit, wobei die Temperaturen vermutlich noch etwas höher lagen als heute.

Die geologischen Zeugnisse aus diesem Interglazial-Stadium 5e sind nicht ganz eindeutig, doch dürfte nach Ansicht vieler Geologen der Meeresspiegel die heutige Marke um etwa fünf Meter übertroffen haben; dies aber entspricht genau der im westantarktischen Eisschild gebundenen Wassermenge. Falls sich diese Eismasse früher schon einmal unter etwas wärmeren klimatischen Bedingungen aufgelöst hätte, könnte dasselbe leicht wieder geschehen, sofern der gegenwärtige Temperaturtrend anhält.

Wegen dieser Möglichkeit organisierte eine Gruppe amerikanischer Forscher 1990 ein koordiniertes Forschungsprogramm, für das sie das suggestive Kürzel SeaRISE (Meeresanstieg, Akronym für Sea-level Response to Ice Sheet Evolution, Reaktion des Meeresspiegels auf die Entwicklung des Eisschildes) prägte. Der Abschlußbericht ihrer ersten Arbeitstagung führte bedrohliche Anzeichen dafür an, daß der Kollaps des westantarktischen Eisschildes möglicherweise schon begonnen habe. Als Alarmsignale wurden insbesondere fünf aktive Strömungen gewertet, die Gletschereis aus dem Inneren des Panzers ziemlich rasch in das nahegelegene Rossmeer zu befördern schienen (Bild 4).

Jüngere Forschungsergebnisse haben jedoch Entwarnung gegeben. Zu Beginn der neunziger Jahre begannen Klimaforscher die Auswirkungen einer Erwärmung der Erde auf die antarktische Eiskappe mittels globaler Zirkulationsmodelle zu erforschen. Diese hochentwickelten Computerprogramme zur Simulation der Klimaentwicklung beziehen weiträumige Wärmeausgleichsströmungen in Luft und Meer sowie Austauschprozesse zwischen Atmosphäre und Ozeanen in die Berechnungen ein.

Die verfeinerten Modellierungen ergaben, daß durch den Treibhauseffekt wärmere, feuchtere Luft in die Antarktis gelangen und ihre Wasserfracht dort als Schnee ablagern sollte. Die Folge wäre eine Zunahme der Inlandeisdecke und ein Absinken des Meeresspiegels, da Wasser dem Ozean entzogen und in Form von kontinentalem Eis gebunden würde. Desgleichen sollte der Packeissaum sich eher ausdehnen als schrumpfen.

Dadurch verloren die Warnungen der SeaRISE-Gruppe an Glaubwürdigkeit. Auch andere Befunde haben viele Antarktisforscher inzwischen von der Vermutung abgebracht, in naher Zukunft sei ein plötzliches Abschmelzen in dieser Region zu befürchten. So weiß man heute, daß die fünf bedeutendsten Eisströme, die ins Rossmeer münden (schlicht A, B, C, D und E genannt), ihre Fracht keineswegs gleichmäßig abliefern. Einer der größten, Eisstrom C, hat vor etwa 130 Jahren die Wanderung sogar ganz eingestellt; niemand kennt den Grund.

Tatsächlich ist der Zusammenhang zwischen einer Klimaerwärmung und der Bewegung der westantarktischen Eisströme zunehmend fragwürdig geworden. Nach Feststellung von Ellen Mosley-Thompson vom Byrd-Polarforschungszentrum der Ohio State University beschleunigen sich die Eismassen oder halten an, ohne daß eine Ursache erkennbar wäre.

Genaueren Aufschluß über die Stabilität der riesigen marinen Eisdecke in der westlichen Antarktis dürfte ein Nachfolgeprojekt von SeaRISE geben, dem die beteiligten Wissenschaftler die neutralere Bezeichnung WAIS – für West Antarctic Ice Sheet (westantarktische Eisdecke) – verliehen haben. Durch Bohrungen im Bereich zwischen zwei Eisströmen will man versuchen, Eisproben aus dem erwähnten, außergewöhnlich warmen 5e-Interglazial zu gewinnen. Ihr Fund bewiese, daß die westantarktische Eisdecke damals nicht geschmolzen war.

Auch darüber, ob die polaren Eiskappen insgesamt wachsen oder schrumpfen werden, lassen sich einstweilen nur mehr oder weniger fundierte Vermutungen anstellen. Laut Messungen von Ellen Mosley-Thompson hat in den vergangenen Jahrzehnten, als die globale Durchschnittstemperatur um einige Zehntelgrade kletterte, die Depositionsrate von Schnee in der Nähe des Südpols deutlich zugenommen. Dies deckt sich mit Beobachtungen an anderen Stellen der Antarktis. Allerdings werden nur an wenigen, weit verstreuten Meßpunkten derartige Aufzeichnungen gemacht, so daß ein zuverlässiges Gesamtbild derzeit nicht möglich ist.

Bis auf weiteres kann man sich nur an den Schiedsspruch des Intergovernmental Panel on Climate Change halten, das die World Meteorological Association (Weltgesellschaft für Meteorologie) und der Entwicklungsausschuß der Vereinten Nationen 1988 als staatsübergreifendes Bewertungsgremium in Sachen Klimawandel eingerichtet haben. Seine Experten halten dafür, daß sich höchstwahrscheinlich weder die Eiskappe der Antarktis noch die kleinere Grönlands wesentlich in ihrer Größe ändern werden; allerdings räumen sie große Unsicherheiten in ihrer Prognose ein.

Dieser Ungewißheit dürfte erst ein Satellit ein Ende setzen, der nach den Plänen der US-Luft- und Raumfahrtbehörde NASA im Jahre 2002 in eine polare Umlaufbahn geschossen wird. Mit einem Laser-Entfernungsmesser könnte er Schwankungen in der Höhe der Eiskappen auf bis zu einen Zentimeter pro Jahr genau ermitteln und so selbst kleinste Variationen des Gesamtvolumens an Schnee- und Eisablagerungen aufspüren. (Übrigens befindet sich eine ähnliche Sonde zur Zeit auf dem Weg zum Mars und wird, lange bevor solche Messungen auf der Erde möglich sind, Veränderungen an dessen Polkappen registrieren.)


Schwierige Eingrenzung

Geklärt scheint vorerst nur die Frage, ob der Meeresspiegel derzeit ansteigt. Allein dieses simple Faktum zu ermitteln, war jedoch alles andere als einfach.

Obwohl in Häfen rund um die Welt seit vielen Jahrzehnten der Wasserstand an Gezeitenpegeln gemessen wird, läßt sich daraus nicht ohne weiteres der Gang des Meeresspiegels ablesen. Das Hauptproblem dabei ist, daß sich die Landmasse, auf der ein Pegel steht, ihrerseits heben oder senken kann. Einige Regionen wie Skandinavien, die während der letzten Eiszeit durch mächtige Gletscher niedergedrückt worden waren, sind immer noch dabei, langsam wieder in ihre ehema-lige Gleichgewichtslage emporzusteigen (Bild 5). Dieses postglaziale Zurückfedern erklärt, warum der Meeresspiegel in Stockholm um ungefähr vier Millimeter pro Jahr zu sinken scheint, während etwa in Honolulu ein Anstieg um 1,5 Millimeter pro Jahr registriert wird.

Im Prinzip könnte man zwar einfach die Aufzeichnungen aller Gezeitenpegel auf sich vertikal bewegenden Landmassen verwerfen; aber dann blieben kaum Daten übrig. So senkt sich fast die gesamte Ostküste Nordamerikas immer noch ab, nachdem sie sich am Rand der großen, durch die Eisdecke im Osten Kanadas geschaffenen Senke vor 20000 Jahren aufgewölbt hatte. Außerdem dominieren an vielen Pegeln sogar in den Tropen lokale Effekte – etwa Verbiegungen an den Rändern kollidierender tektonischer Platten oder Bodenabsenkungen durch das Abpumpen von Wasser oder Öl aus dem Untergrund. In Bangkok zum Beispiel, wo immer mehr Grundwasservorräte angezapft werden, könnte man aufgrund der dadurch verursachten Absenkung meinen, der Meeresspiegel sei in den vergangenen 30 Jahren um fast einen Meter gestiegen.

In vielen Fällen vermögen die Geophysiker den Einfluß externer Effekte jedoch weitgehend zu korrigieren. So können sie das Ausmaß des postglazialen Zurückfederns schätzen und diesen Wert von den Pegelständen abziehen. William R. Peltier und A. M. Tushingham von der Universität Toronto haben auf diese Weise ermittelt, daß der Meeresspiegel weltweit innerhalb der letzten Jahrzehnte um etwa zwei Millimeter pro Jahr angestiegen ist. Ihre Ergebnisse wurden von unabhängigen Teams bestätigt, die Meßreihen anderer Gezeitenpegel auswerteten.

Eine kontinuierliche Hebung des Meeresspiegels um denselben Wert ergaben auch Daten, die der TOPEX/Poseidon-Satellit in den letzten vier Jahren geliefert hat. Primär soll er zwar Aufschluß über die Zirkulation in den Ozeanen geben, indem er durch Strömungen verursachte Wellen an der Oberfläche aufspürt. Auf seiner genau bekannten Erdumlaufbahn bestimmt er mit zwei Radar-Höhenmessern aber auch regelmäßig seinen Abstand zur Wasseroberfläche und fungiert damit quasi als vom Weltraum aus operierender Gezeitenpegel, mit dem sich globale Veränderungen des Meeresspiegels verfolgen lassen. Der Vorteil ist, daß man die Messungen über den gesamten Erdball mitteln kann und dabei eine viel geringere Variabilität erhält als beim Vergleich lokaler Pegelstände am Boden.

Die ersten Daten des TOPEX-Höhenmessers, die R. Steven Nerem vom Raumforschungszentrum der Universität von Texas in Austin veröffentlichte, paßten allerdings nicht ins Bild: Mit fast vier Millimetern pro Jahr war der gemessene Anstieg des Meeresspiegels rund doppelt so hoch wie der aus 50jährigen Aufzeichnungen der Gezeitenpegel am Boden abgeleitete Wert. Die Diskrepanz beruhte jedoch, wie sich inzwischen herausgestellt hat, auf einem Fehler in der Software zum Verarbeiten der Satellitendaten. Nach der Korrektur halbierte sich der Wert und stimmte nicht nur mit den Ergebnissen der Pegelanalysen, sondern auch mit unabhängigen Messungen überein, die der europäische Radarsatellit ERS-1 von 1992 bis 1995 vorgenommen und deren Auswertung das Rechenzentrum in Oberpfaffenhofen jetzt veröffentlicht hat.


Widersprüche beim Blick zurück

Viel weiter als nur über vier beziehungsweise 50 Jahre vermochte Richard G. Fairbanks von der Columbia-Universität in New York die Schwankungen der Meereshöhe zurückzuverfolgen. Als Indikator benutzte er die in der Karibik und angrenzenden Gewässern verbreitete Koralle Acropora palmata (Bild 3). Mit Bohrungen in Riffe auf Barbados ermittelten er und seine Kollegen die ehemalige Verbreitung dieser Spezies, die nur dicht unter der Oberfläche gedeiht. So ließ sich verfolgen, wie der Meeresspiegel seit dem Ende der letzten Eiszeit angestiegen ist, als er noch etwa 120 Meter tiefer lag als heute, weil gewaltige Wassermengen in Gletschern und Inlandeisdecken gebunden waren.

Zwar erreichte dieser Anstieg teilweise zwei bis drei Zentimeter pro Jahr. Doch herrschten damals völlig andere Bedingungen als zur Zeit. Vor 10000 bis 20000 Jahren schmolzen die riesigen Eismassen, die einen Großteil Nordamerikas und Europas bedeckt hatten, so daß sich enorme Wassermengen von diesen Kontinenten in die Ozeane ergossen. Wie der obere Abschnitt des Korallenriffs zeigt, ließ dieser Zustrom jedoch nach, und seit einigen tausend Jahren dürfte sich das Niveau der Ozeane so gut wie nicht mehr verändert haben. Demnach scheint unter den momentanen Klimaverhältnissen der Meeresspiegel relativ stabil zu sein.

Zweifel an diesem beruhigenden Bild äußert jedoch der Meeresgeologe John B. Anderson von der Rice-Universität in Houston (Texas). Er hält die Daten von Fairbanks für nicht genau genug, um sprunghafte Änderungen zu erfassen, wie sie nach glaziologischen Modellen zu erwarten sind. Seiner Ansicht nach gab es innerhalb der letzten 10000 Jahre mindestens dreimal einen plötzlichen Meeresspiegelanstieg. Das Korallenregister zeige nur deshalb nichts davon, weil diese Methode mit einer Ungenauigkeit von fünf Metern behaftet sei.

Anderson und seine Mitarbeiter stellten unter anderem in der Galveston Bay im Golf von Mexico Untersuchungen an. Bohrkerne aus dem Meeressediment und seismische Messungen liefern ein Bild davon, wie diese bei Houston gelegene Bucht nach der letzten Eiszeit überflutet wurde. Bei stetigem Anstieg des Wasserspiegels wären die charakteristischen marinen Biotope kontinuierlich landwärts gewandert. Die Schichtprofile weisen laut Anderson jedoch Sprünge auf, die auf größere Versetzungen der Strandlinie innerhalb kurzer Zeit hindeuten.

Die jüngste Überflutung soll sich vor etwa 4000 Jahren ereignet haben, als das globale Klima vermutlich dem heutigen ähnelte. Anderson entnimmt seinen Daten, daß sich der Meeresspiegel damals in nur wenigen Jahrhunderten beträchtlich erhöht hat – um welchen Betrag genau, vermochte er bisher jedoch nicht zu ermitteln.

Auch die eingehendere Untersuchung archäologischer Fundstätten, die ehemals an der Küste lagen und durch die anschwellende See überschwemmt wurden, könnte frühere Schwankungen der Meereshöhe aufspüren helfen. Bislang wurden etliche solche Stätten im Mittelmeergebiet erforscht, doch decken die Ausgrabungen lediglich die letzten 2000 Jahre ab. Ihren Ergebnissen zufolge ist der Meeresspiegel in dieser Zeitspanne im Durchschnitt nur um 0,2 Millimeter pro Jahr angestiegen. Ob es vor 4000 Jahren zu einer plötzlichen Überflutung kam, läßt sich ebensowenig erkennen wie der genaue Zeitpunkt, zu dem die sehr geringe Rate auf den zehnfach höheren heutigen Wert emporschnellte.


Wohin geht der Trend?

Angesichts solch widersprüchlicher Befunde haben auch die Experten des Intergovernmental Panel on Climate Change nur eine vage Prognose über die weitere Entwicklung gewagt. Danach ist bis zum Ende des nächsten Jahrhunderts mit einem Anstieg des Meeresspiegels um 15 bis 95 Zentimeter zu rechnen. Der unte-re Schätzwert resultiert im wesentlichen aus einer Extrapolation der jetzigen Rate und entspricht einfach einer Fortsetzung des Trends während der letzten ein bis zwei Jahrhunderte – seit die Menschheit im Zuge der Industrialisierung begann, große Mengen von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen freizusetzen. Der Anstieg bliebe damit im Rahmen dessen, was bisher tolerierbar war. Die pessimistische Schätzung trägt dagegen Mutmaßungen Rechnung, die zwar plausibel, aber vorerst nicht erhärtet sind.

Wohl müssen verantwortliche internationale Gremien bei ihren Planungen für die Zukunft alle Möglichkeiten in Betracht ziehen, auch wenn die Prognosen des Meeresspiegelanstiegs noch um den Faktor fünf differieren. Dies mag manchen beunruhigen, doch gibt sich ausgerechnet ein niederländischer Fachmann gelassen. Wohin der Trend auch gehe, John G. de Ronde, am Ministerium für Verkehr und öffentliche Arbeiten zuständig für hydraulische Modellierungen, ist zuversichtlich, daß sein Land damit fertig werde. Schließlich handle es sich um ein Phänomen, das man messen und verfolgen und gegen das man etwas tun könne.

De Ronde räumt zwar ein, daß beträchtliche Mittel für die Erhöhung und Anpassung der niederländischen Deiche, Schleusen und sonstigen Befestigungswerke aufgewandt werden müßten, um einen Meeresspiegelanstieg von 60 Zentimetern bis zum Jahr 2100 – gemäß dem Mittelwert der Vorhersage – auszugleichen; insgesamt aber seien die Kosten nicht höher als etwa die derzeitigen Ausgaben für den Unterhalt der landesweiten Radwege. Was den Sachverständigen mehr beunruhigt, ist das Schicksal der armen, dicht besiedelten tropischen Küstenländer sowie ein Aspekt des künftigen Klimas, der noch viel schwerer abzuschätzen ist als das Niveau der Ozeane: Veränderungen in der Häufigkeit und Stärke von Stürmen. Erst nach vielleicht 20 Jahren würde man eine statistische Abweichung bemerken, und dann könnte am nächsten Tag schon ein verheerender Orkan losbrechen (vergleiche Spektrum der Wissenschaft, Juli 1994, Seite 32).

Solange die westantarktische Eiskappe einigermaßen stabil bleibt, dürfte die wichtigere Frage für die Bewohner von Küstenregionen also sein, inwieweit der menschengemachte Treibhauseffekt regionale Wetterextreme und das Ausmaß katastrophaler Sturmfluten verstärkt. Gerade mit solchen Prognosen tun sich die Wissenschaftler aber besonders schwer. Weitere Forschungen und verfeinerte Computermodelle mögen bessere Vorhersagen für längere Zeiträume erlauben – letztlich bleibt der Menschheit nach den Worten von de Ronde aber nicht erspart, mit der Ungewißheit zu leben und sich für alle Eventualitäten zu rüsten.

Literaturhinweise

- West Antarctic Ice Sheet and CO2 Greenhouse Effect: A Threat of Disaster. Von John H. Mercer in: Nature, Band 271, Seiten 321 bis 325; 26. Januar 1978.

– Paleoenvironmental Conditions in Antarctica since A. D. 1500: Ice Core Evidence. Von E. Mosely-Thompson in: Climate since A. D. 1500 (herausgegeben von R. S. Bradley and P. D. Jones), Seiten 572 bis 591. Routlidge, London 1992.

– Climate Change 1992: The Supplementary Report to the IPCC Scientific Assessment. Herausgegeben von J. T. Houghton et al. Cambridge University Press, 1992.

– Climate Change 1995: The IPCC Second Assessment Report. Herausgegeben von Bert Bolin et al. Cambridge University Press, 1996.

– Recent Atmospheric Warming and Retreat of Ice Shelves on the Antarctic Peninsula. Von D. G. Vaughn and C. S. M. Doake in: Nature, Band 379, Seiten 328 bis 330; 25. Januar 1996.

– Recent Changes to Antarctic Peninsula Ice Shelves: What Lessons Have we Learned? Von Christina L. Hulbe in: naturalScience, Band 1, 6. Artikel; Januar 1997. http://www.naturalscience.com/ns/articles/01-06/ns_clh.html.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 6 / 1997, Seite 80
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