Meeresspiegelschwankungen

- Ursachen, Folgen, Wechselwirkungen -

von Hartmut Seyfried und Reinhold Leinfelder

Basierend auf einem gleichlautenden, in "Wechselwirkungen"- Jahrbuch 1992 der Universität Stuttgart (S. 112-127) erschienenen Artikel (1993 publiziert).

INHALTSVERZEICHNIS

Ein frecher Prolog: Mensch und Meeresspiegel

In der kurzen Zeit seit Beginn des industriellen Zeitalters ist der Meeresspiegel um etwa 10 cm angestiegen (Abb. 1 und 2). Fänden zukünftige Geologen in Gesteinsschichten Hinweise auf einen so schnellen Vorgang, so würden die meisten dies, dem Zeitgeist folgend, als ein katastrophales, mindestens aber dramatisches, sicher jedoch anorganisches Ereignis interpretieren. Scharen von Diplomanden würden ausgeschickt, um emsig nach Zeugnissen von Gewalt und Zerstörung zu suchen; der Chef persönlich hätte ein scharfes Auge auf Relikte eines Meteoriten- oder gar Asteroideneinschlags - denn hausgemacht (oder "geogen", wie er sich sicher ausdrücken würde) könne so etwas ja wohl nicht sein. Unsere Geologen wären entsetzt, würden sie die Wahrheit erfahren: daß nämlich ein einzige Spezies Tier für den Schlamassel verantwortlich ist, dessen Spuren sie allenthalben zusammen mit den Zeugnissen des ominösen Meeresspiegelanstiegs finden:

globale Ausrottung von Pflanzen- und Tierarten (waren die denn alle krank?),

völlig unerklärliche Anhäufungen von Artefakten (große Teile der Population dieser Spezies müssen wohl davon gelebt haben, seltsam zerbrochene, offensichtlich unbrauchbare Artefakte an die unwahrscheinlichsten Stellen zu verbringen - man fand sogar zylindrische Körper in Tiefseeablagerungen),

extrem lange, meistens gerade Streifen von verfestigten Kiesen mit bituminöser Deckschicht (??)

und schließlich Konzentrationen meist wabenartiger steinerner Strukturen mit punktuell hohen Metall- und Zellulosekonzentrationen, in denen die Individuen dieser Spezies, Lebewesen mit reichlich Weichkörper und in der Regel schlecht erhaltenem Innenskelett, wohl gelebt haben müssen wie Fische im Korallenriff. Und das alles in Hundert Jahren, unterhalb der Genauigkeitsgrenze geologischer Altersbestimmung ! Und irgendwas müssen die getan haben, daß mittendrin in dieser Episode plötzlich die sonst so verläßliche radiometrische Altersbestimmung mit 14C nur noch Unsinnszahlen hergibt ... .

Abb. 1: Historische Temperaturabweichungen vom Mittel und langfristiger Trend für die Nordhalbkugel (Kurven a und b) und die Südhalbkugel (Kurven c und d) (nach Ghil & Vautard, Nature, 350: 324 - 327, 1991)

Abb. 2: Atmosphärische CO₂-Konzentration (in ppm, gestrichelte Linie, rechts mit jahreszeitlichen Schwankungen), Meeresspiegelanstieg (gemessen über die Gezeitenganglinien, gepunktete Linie), globale durchschnittliche Oberflächentemperatur (Abweichungen vom Mittel in ^oC, dünne Linie) und Temperatur-Langzeittrend für die Nordhalbkugel (fette Linie) (nach Baggeroer & Munk, Physics today, 9: 22 - 30, 1992, Gornits et al., Science, 215: 1611 - 1614, 1982 und Ghil & Vautard, Nature, 350: 324 - 327, 1991).s

Wir, die Hauptdarsteller in diesem Stück, die Ausrotter, Verschmutzer und Meeresspiegelheber, wir sind betriebsblind für derlei; könnten die genannten Geologen uns befragen, sie würden aus unseren Erläuterungen nicht schlauer: Bruttoinlandssozialprodukt, Jahreslangstreckenkilometerleistung, AusführungsverordnungzurEGtomatenvernichtungs-kontingentierung, Antiluftluftwasserbodenmissiles, Fluorchlorkohlenwasserstoffe und anderer Unsinn. Wir könnten ihnen sogar erzählen, daß der Meeresspiegel in den letzten 50 Jahren mit Raten zwischen 1,3 und 3,3 mm/Jahr angestiegen ist. Schaubilder würden wir ihnen zeigen (Abb. 1, 2 und 3), in denen man sieht, wie die Temperatur schön parallel zur atmosphärischen CO₂-Konzentration ansteigt. Etwas betreten (man ist ja schließlich umweltbewußt) würden wir ihnen anvertrauen, daß die Vereinigten Staaten alleine im Jahr 1989 73370 x 1015 Joule Energie umgesetzt haben, äquivalent zu 4,8 x 109 Tonnen CO₂, 37 x 106 Tonnen anthropogenem Methan und 130000 Tonnen Fluorchlorkohlenwasserstoffen. Zahlenspielchen würden ihnen zeigen, daß der bisher bekannte Temperaturanstieg darauf hindeutet, daß bei einer Verdopplung der vorindustriellen atmosphärischen CO₂-Konzentration der globale Temperaturanstieg nur 1,5^oC beträgt (mit etwas schiefem Lächeln würden wir hinzufügen: "unsere Wissenschaftler, diese Hofnarren der Demokratie, nennen das Klimasensitivität"). Die gleichen Zahlenspielchen würden ihnen auch zeigen, daß wir im Jahr 2100 eine um 2,5^oC höhere Durchschnittstemperatur haben und eine CO₂-Konzentration von 1200 ppm, wenn wir weiter so über die Autobahn und durch den Schornstein heizen wie bisher (Abb. 3 und 4). Stolze 1500 ppm CO₂ hätten wir erreicht, wenn alle fossilen Brennstoffe eingeschürt wären. Und dabei wäre noch gar nicht die Wirkung der anderen Treibhausgase (NOx, N2O, CO, CH4 und andere Kohlenwasserstoffe) mitberücksichtigt, die immerhin heute schon ein Zehntel der anthropogenen Emissionen ausmachen. Halt ! würden da die Geologen rufen, das kennen wir doch schon ! Wie war das doch im späten Jura und in der Kreidezeit ? Da hatten wir doch zwischen 800 und 1200 ppm atmosphärische CO₂-Konzentration; allerdings war damals der Meeresspiegel 270 m höher als heute, maximal wohlgemerkt. Oh ! würden wir da rufen, da müssen wir zuerst aber mal unsere Hofnarren befragen, was das wohl bedeutet ... .

Abb. 3: Der gemessene historische Temperaturwechsel (Abweichungen vom Mittel in ^oC, dünne Linie) stimmt sehr gut mit einer "Klimasensitivität" von 1,5^oC überein (gestrichelte Linie). Klimasensitivität bedeutet die Temperaturerhöhung nach Verdopplung der vorindustriellen CO₂-Konzentration. Die historische Erhöhung der CO₂-Konzentration (fette Linie, linker Teil) verläuft etwa im selben Trend. Die "Business as usual"-Vorhersage für die CO₂-Konzentration geht von ungebremstem Energiekonsum aus, die "Constant emission"-Vorhersage setzt neben einer Einschränkung des Energiekonsums eine beträchtliche Fixierung von atmosphärischem CO₂ in kalten polaren Wässern voraus (nach Schlesinger & Jiang, Nature, 350: 219 - 222, 1991 und Joos et al., Nature, 349: 772 - 776, 1991).

Abb.4, 5 kb, gif Abb. 4: Der zu erwartende Temperaturanstieg bis zum Jahr 2100 für die beiden in Abb. 3 genannten Szenarios (nach Schlesinger & Jiang, Nature, 350: 219 - 222, 1991).

Das Orakel oder: Wissenschaftler geben nie eindeutige Antworten auf simple Fragen

Vorhersage menschengemachter Meeresspiegeländerungen

Eine Zunahme des Treibhauseffektes wird sehr wahrscheinlich zunächst das antarktische Schelfeis und das Inlandseis des alpidischen Gebirgsgürtels destabilisieren. Gegenläufig dazu könnte eine globale Temperaturerhöhung jedoch eine Zunahme der Niederschläge aus dem polaren Ostwindgürtel bewirken: für eine bestimmte Zeit würden dadurch die antarktischen und grönländischen Eiskalotten eher wachsen als schrumpfen, bevor sie dann schließlich ganz verschwinden. Folgende Zahlen werden augenblicklich genannt:

das Abschmelzen der alpinen Gletscher brachte bisher eine Meeresspiegeländerung von + 0,5 mm/Jahr. Auf das Jahr 2050 extrapoliert ergibt sich daraus eine Meeresspiegeländerung von + 0,16 m gegenüber 1990;
das Anwachsen der antarktischen und grönländischen Eiskalotten ergab bisher eine Meeresspiegeländerung von -0,45 mm/Jahr (Grönland) bzw. -0,75 mm/Jahr (Antarktis). Auf das Jahr 2050 extrapoliert ergibt sich daraus eine Meeresspiegeländerung von -0,3 m gegenüber 1990. Ein bis 2050 verstärkt einsetzendes randliches Abschmelzen des Grönlandeises würde allerdings mit +0,08 m zu Buche schlagen;
die thermische Ausdehnung des Ozeanwassers durch die Erwärmung der Atmosphäre bewirkt eine Meeresspiegeländerung von +0,2 mm/Jahr. Auf das Jahr 2050 extrapoliert ergibt sich daraus eine Meeresspiegeländerung von +0,2 m gegenüber 1990;
Grundwasserverluste ergaben bisher eine Meeresspiegeländerung von < +0,2 mm/Jahr. Auf das Jahr 2050 extrapoliert ergibt sich daraus eine Meeresspiegeländerung von +0,2 m gegenüber 1990.

Die derzeit aktuellen Voraussagen errechnen einen Nettoanstieg des Meeresspiegels von +0,34 m (+/- 0,42 m -- sie haben richtig gelesen, +/-!) bis zum Jahr 2050. Ein Anstieg von 30 cm beträfe in erster Linie Tiefländer wie Holland oder Bangladesch und erhöht das Risiko von Sturmfluten in Ländern wie beispielsweise den Nordsee-Anrainerstaaten. Wirklich bedrohlich wäre der Kollaps des westantarktischen Eises; er würde einen Meeresspiegelanstieg um 6 m bewirken. Das von den meisten Auguren als unwahrscheinlich erachtete totale Abschmelzen des antarktischen Eises brächte 60 m. Daß es in jedoch in der jüngeren Geschichte der Antarktis, vor erst 3 Millionen Jahren, eine beachtliche Abschmelzphase gab, beweist, daß das System im Grunde instabil und deshalb allemal für große Überraschungen gut ist.

Vorhersage natürlicher Meeresspiegeländerungen

Wir leben zwar augenblicklich infolge der teilweise noch laufenden Kontinent-Kollisionen im alpidischen Gebirgsgürtel in einer Zeit sich vergrößernder Ozeanbecken und damit fallenden Meeresspiegels. Dieser Prozeß ist aber langsam, er bringt eine Meeresspiegeländerung von weniger als 10-3 mm/Jahr. Es dauert also Jahrmillionen, bis durch solche geologischen Prozesse genügend Raum geschaffen würde, um eine durch Schmelzwasser entstandene Meeresspiegelerhöhung zu kompensieren, die innerhalb von Hunderten bis Tausenden von Jahren abläuft. Außer Vereisung bzw. Abschmelzung gibt es keine weiteren natürlichen Vorgänge, die kurzfristig den Meeresspiegel verändern können. Als exotischen Fall könnte man vielleicht noch Subduktionszonen-Erdbeben mit Magnituden >8,5 zu nennen. Von diesen ist bekannt, daß sie zu spontanen Nettoreduktionen des Ozeanvolumens führen (z.B. 1960 vor Chile: -573 km3; 1964 vor Alaska: -250 km3). Meeresspiegeländerungen von bis zu +1,7 mm sind die Folge solcher Beben, doch diese werden langfristig wieder ausgeglichen. Als natürliche Ausgleichsmechanismen für eine menschengemachte Meeresspiegelanhebung sind solche Beben also kontraproduktiv; außerdem sind sie auch wenig wünschenswert.

Zusammenfassend kann man hier festhalten, daß die vom Menschen verursachten Veränderungen im System Hydrosphäre-Biosphäre-Atmosphäre sicher kurzfristig eine Veränderung des Meeresspiegels provozieren (Abb. 5). In so kurzen Zeiträumen sind die Regelnetze des Planeten Erde nicht imstande, den Anstieg zu kompensieren. Was langfristig geschieht, ist quantitativ nicht vorherzusagen. Wie wir im Kapitel über den Kohlenstoffkreislauf noch zeigen werden, kann ein veränderter Meeresspiegel dann auch selbst steuernd in die Regelmechanismen (besonders das Klima) eingreifen.

Abb. 5: Wassergewinn (rot) und -verlust (blau) der Hydrosphäre nach Verdopplung der vorindustriellen CO₂-Konzentration im Jahre 2050, berechnet nach einem gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Modell und ausgedrückt als relativer Meeresspiegelanstieg in cm. Die Kontinente zeigen die heutigen Küstenlinien (nach Baggeroer & Munk, Physics today, 9: 22 - 30, 1992 und Mikolajewicz et al., Nature, 345: 589, 1990)

Zauberlehrling gesucht

Wie die Ergebnisse der UNO-"Umwelt"-Konferenz in Rio de Janeiro zeigten und wie ein Rundblick durch die einschlägige Literatur der letzten zwei Jahre lehrt, ist kaum damit zu rechnen, daß sich das Verhalten der Menschen in den nächsten Jahren und damit auch der Trend des Meeresspiegels grundsätzlich ändern wird. Kettensägen-Darwinismus wird weiterhin Naturphilosophie in den Tropen bleiben und das Verbrennen fossiler Brennstoffe ist schlechthin die Existenzbedingung der kapitalistischen Wirtschaft. Wo kämen wir auch hin ? Eine Menschheit mit reduziertem Energieverbrauch stünde schließlich genauso hilflos da wie eine Regierung ohne Haushaltsdefizit. Allerdings ist es nicht opportun, solche Einsichten zu äußern, weil man dann nicht wiedergewählt wird. Aber wozu hat man schließlich seine Hofnarren ? Einige von ihnen wurden auf futuristische Untersuchungen angesetzt. Sie möchten doch bitte darüber nachdenken, wie Lösungen aussehen könnten, die unserer eigenen Bequemlichkeit möglichst wenig weh tun und gleichzeitig sicherstellen, daß das Geld in die richtige Richtung rollt ("How the Greenhouse can be staved off without giving in to the Greens", wie David Jones kürzlich ironisch in Nature bemerkte). Hier einige Kostproben: man denkt daran, die Südpolarmeere mit Eisen zu düngen, um über ein verstärktes Planktonwachstum und das "Abregnen" dieses organischen Materials auf den Meeresboden CO₂ aus dem System zu nehmen; man rechnet, ob sich direkte CO₂-Injektion in die Ozeane nicht eher lohnt; man überlegt, ob dieselben nicht besser gleich global mit Phosphat gedüngt werden sollten; man könnte es auch den Vulkanen nachtun und "Kühlhaus"-Aerosole (SO2 oder inerten Staub) in der Stratosphäre verteilen, um die Albedo (Rückstrahlung) zu verstärken und damit die Temperatur zu senken (Jets tragen heute schon zu einer Steigerung des stratosphärischen Sulfat-Aerosols von jährlich 5% bei); unerreicht preiswert ist es natürlich, einfach wieder mehr von der guten alten schwefelreichen Kohle zu verheizen und damit den kompensatorischen Effekt schon in der heimischen Troposphäre zu erzeugen; extravagant wäre die 20 x 1012 $ teure Lösung des Aufspannens von Schilden aus Aluminiumfolie im erdnahen Orbit; die Plazierung eines Schildes mit lediglich 2000 km Durchmesser im Lagrange-Punkt zwischen Erde und Sonne wäre die ultimative Lösung schlechthin; für die scharfrechnenden Drittweltländer haben wir den Ersatz abgeholzter Urwälder durch praktische, saubere Eukalyptusplantagen nach brasilianischem Vorbild im Programm. Nicht nur, daß diese Wälder unerreicht leicht mit Düngekanone und Powersaws zu bewirtschaften sind, nein, sie entnehmen der Atmosphäre auch eine respektable Gigatonne CO₂ pro Jahr - vorausgesetzt, man verheizt sie nicht gleich wieder - aber schließlich müssen die da unten auf der Südhalbkugel ja auch ein bißchen Verantwortung zeigen, nicht wahr. Alle diese Zauberlehrlings-Spielchen bieten selbstverständlich den Vorteil, daß der Norden auf dem Globus "oben" bleibt. Es nimmt also nicht Wunder, wenn die Autoren einer kürzlich erschienenen zusammenfassenden Studie weitere Forschungsaktivitäten zum Thema fordern, zumindest "unless nasty surprises are assigned a zero probability". Wohlan, Ihr Narren !

Häßliche Überraschungen aus Mutter Naturs Trickkiste

"Nasty surprises" hält die Erde auch ohne unser Zutun bereit. Studien an Bohrkernen aus dem grönländischen Eis belegen, daß es während der letzten Eiszeit ohne erkennbare Periodizität zu Temperatursteigerungen von bis zu 7^oC kam, die sich innerhalb weniger Jahrzehnte vollzogen. Andererseits reichte wahrscheinlich ein einziger zweiwöchiger gigantischer Vulkanausbruch (Toba in Sumatra vor 73 500 Jahren), um mit der Injektion riesiger Mengen von Kühlhaus-Aerosolen in die Stratosphäre innerhalb weniger Jahre den letzten Anstoß zum Beginn der letzten Eiszeit zu geben. Obwohl es nicht sicher ist, ob vulkanische Aerosole wesentlich zur Entstehung einer Eiszeit beitragen, zeigt sich an diesem Beispiel eine mögliche Wechselwirkung zwischen Meeresspiegel, Klima und Vulkanismus: isostatische Anpassungen der Erdkruste an einen veränderten Meeresspiegel oder an veränderte Eisauflast verursachen Ausgleichsbewegungen in der Asthenosphäre und diese wiederum können erhöhte vulkanische Aktivität bewirken, besonders während Zeiten zu- oder abnehmender Vereisung.

Damit ist schon ansatzweise zu erkennen, daß das Phänomen Meeresspiegelschwankungen nur eine von vielen Variablen innerhalb eines äußerst komplizierten erdumspannenden Regelnetzes ist. Dieses Netz umfaßt Lithosphäre, Hydrosphäre, Biosphäre und Atmosphäre ! Unsere Kenntnisse über die von der Natur ausgetüftelten globalen Steuerungsmechnismen sind noch sehr bescheiden, reichen jedoch allemal aus, um festzustellen, daß die Lösung unseres selbstverursachten Problems mittels einer der obengenannten Maßnahmen aus der Trickkiste des "Geoengineering" mit Sicherheit die Chaos-Komponenten in diesem System stärken würde.

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