Meeresspiegelanstieg in der Nordsee

Tiefenkarte der Nordsee

Einleitung

Die Nordsee ist ein flaches Schelfmeer am Rande des Nordatlantiks, das eine breite Verbindung zum angrenzenden Ozean zwischen Norwegen und Schottland und eine flache und schmalere durch den Ärmelkanal besitzt. Nach Osten besteht außerdem eine Verbindung zur Ostsee. Die größte Tiefe findet sich mit 725 m in der Norwegischen Rinne vor der südnorwegischen Küste. Der größte Teil der Nordsee ist jedoch weniger als 100 m, vor den Küsten im Süden und Osten sogar weniger als 20 m tief.

Die Nordsee besitzt sehr unterschiedliche Küstentypen, z.B. Felsenküsten, Fjorde, Ästuare, Deltas, Watten, Dünenküsten und Strandküste. In der heutigen Form ist die Nordsee durch das Abschmelzen der Eismassen der letzten Eiszeit entstanden. Seit 12.000 vh. stieg der Meeresspiegel zeitweilig um mehr als 1 m pro Jahrhundert an und erreichte um 2000 vh. ungefähr das heutige Niveau.

Änderungen des mittleren Meeresspiegels

Bisherige Änderungen

Die Nordseeküste besitzt eines der dichtesten Pegel-Netzwerke der Welt, dessen Daten 100 Jahre und mehr zurückreichen. An Pegeln wird die sogenannte relative Meeresspiegeländerung gemessen, d.h. die Veränderung des Mereresspiegelniveaus im Verhältnis zum angrenzenden Land. Seit 1992 sind Satelliten in der Lage, die geozentrischen oder absoluten Veränderungen des Meeresspiegels im Verhältnis zum Erdmittelpunkt zu bestimmen. Der absolute Meeresspiegel wird durch klimatische Faktoren wie die Erwärmung des Meerwassers oder das Abschmelzen von Eis auf dem Festland verändert. Die relativen Veränderungen stehen zusätzlich unter dem Einfluss von tektonischen Veränderungen, postglazialer Landhebung (isostatischer Ausgleich durch das Abschmelzen von Eismassen am Ende der letzten Eiszeit) oder anthropogener Landabsenkung (Subsidenz), z.B. durch Wasserentnahme.

Der globale Meeresspiegel hat sich in den letzten 2000 bis 3000 Jahren um nicht mehr als 25 cm auf Zeitskalen von mehreren Jahrhunderten verändert, während er allein im 20. Jahrhundert um fast 20 cm bzw. 1,7 mm/Jahr gestiegen ist. Seit Beginn der Satellitenmessung betrug der Anstieg sogar 3,2 mm/Jahr, was einem Anstieg über 100 Jahre um 32 cm entsprechen würde. D.h. die Anstiegsrate hat sich beschleunigt.

Oben: Relative Meeresspiegeländerungen am Pegel Cuxhaven 1844-2007 in mm; schwarz: Jahresmittelwerte, blau: geglättet. Unten: Anstiegsrate in mm/Jahr.

Regional gibt es recht große Unterschiede in der aktuellen Meeresspiegelveränderung. Bisherige Untersuchungen zur Nordsee haben gezeigt, dass der Meeresspiegel starken jährlichen sowie Dekaden-Schwankungen unterliegt. Für die Nordsee insgesamt ist der absolute Meeresspiegelanstieg von 1900 bis 2011 mit 1,5 mm pro Jahr berechnet worden, was etwas unterhalb der globalen Anstiegsrate liegt. Für das Satelliten-Zeitalter wurde der Trend des absoluten Meeresspiegelanstiegs für die gesamte Nordsee mit 4,0 mm/Jahr angegeben, was etwas über dem globalen Wert liegt. Der relative Meeresspiegelanstieg ist am Pegel der ostfriesischen Insel Norderney um 2,32 mm/Jahr angestiegen und wurde für die deutsche Nordseeküste insgesamt auf 2 mm/Jahr geschätzt, während er bei Hirtshals im Norden Dänemarks um -0,23 mm/Jahr gesunken ist. An der niederländischen Küste wurde eine Anstiegsrate von 1,8 mm/Jahr gemessen. Der stärkste relative Meeresspiegelanstieg ereignete sich seit Beginn der Satellitenbeobachtung mit 6,6 mm/Jahr bei Hörnum auf Sylt.

Ursachen der aktuellen Meeresspiegeländerungen

An den Meeresspiegeländerungen der Nordsee sind unterschiedliche Kräfte beteiligt. Da die Nordsee eine offene Verbindung zum Atlantik besitzt, wirkt sich der globale Meeresspiegelanstieg durch die Erwärmung des Meerwassers und das Abschmelzen von Landeis infolge der globalen Erwärmung nahezu ungehindert aus. Daneben spielen aber auch regionale Besonderheiten eine Rolle, die den aktuellen Trend des globalen Meeresspiegelanstiegs überlagern. Einerseits geht es dabei um sehr langfristige Trends über Jahrtausende als Spätfolge des Endes der letzten Eiszeit, andererseits um mittelfristige Schwankungen über Jahrzehnte und sehr kurzfristige Änderungen des Meeresspiegels über Zeitskalen von Monaten und Jahren.

Wie in der Ostsee, wenn auch in geringerem Maße, wirken sich auch in der Nordsee vertikale Landbewegungen als Spätfolge der Abschmelzung der Eismassen am Ende der letzten Eiszeit aus. Über Skandinavien und den britischen Inseln hatten sich während der Eiszeit 2-3 km dicke Eisschilde gebildet, die die Erdkruste in den darunter liegenden Erdmantel gedrückt hatten, wobei als Ausgleich im Bereich der heutigen südlichen Nordsee und Ostsee es zu leichten Hebungen der Erdkruste kam. Beim Abschmelzen der Eisschilde hob sich die Erdkruste im ehemaligen Kernbereich der Vereisung wieder an bzw. sank in den Randbereichen wieder ab. Diese sogenannte glazial-isostatische Ausgleichsbewegung ist bis heute aktiv, mit geringen Anhebungen im nördlichen und sehr geringen Absenkungen im südlichen Nordseebereich. In einigen Regionen wie z.B. in Skandinavien kann die isostatische Landhebung den aktuellen Meeresspiegelanstieg durch den Klimawandel teilweise oder sogar ganz kompensieren. Um diesen zu bestimmen, müssen solche isostatischen Bewegungen, die in Zukunft auch durch das Abschmelzen des Grönlandeises zu erwarten sind (s.u.), aus den Daten herausgerechnet werden.

Strömungssystem der Nordsee

Die mittelfristigen Schwankungen des Meeresspiegels auf Zeitskalen von Dekaden treten im Nordseeraum überall gleich auf, was auf eine gemeinsame Ursache hinweist. Hier haben sich nach neuerer Forschung sterische Veränderungen des Meeresspiegels im benachbarten Atlantik als eine wichtige Ursache erwiesen. Da die Nordsee ein flaches Randmeer mit zumeist weniger als 100 m und vor den Küsten, wo die meisten Pegel aufgestellt sind, weniger als 10 m Wassertiefe ist, spielt die Ausdehnung des Nordseewassers selbst durch Erwärmung mit Ausnahme der Norwegischen Rinne so gut wie keine Rolle. Die sterischen Meeresspielveränderungen müssen also von außerhalb der Nordsee angetrieben sein. In den tieferen Teilen des benachbarten Atlantischen Ozeans von den Kanarischen Inseln bis zur norwegischen Küste konnte ein Band von sterischen Schwankungen des Meeresspiegels ausgemacht werden, die durch Wellen (Küstenkelvinwellen) über Tausende von Kilometern transportiert werden und auch die Nordsee mit Meeresspiegelschwankungen von bis zu 5 cm beeinflussen können. Die größten Übereinstimmungen mit den Dekadenschwankungen der Nordsee konnten mit den sterischen Schwankungen im Golf von Biscaya und besonders in dem Gebiet westlich der britischen Inseln festgestellt werden. Sie sind gekoppelt an Schwankungen von Küstenlängswinden von Frankreich bis Nordafrika, durch die der Auftrieb vor den Küsten befördert oder unterdrückt wird, wodurch kühleres oder wärmeres Wasser die obere Schicht des nordöstlichen Atlantiks dominiert.

Schwankungen des Meeresspiegels über Jahrzehnte sind vor allem in der südöstlichen Nordsee und im Winter aber auch mit der Nordatlantischen Oszillation (NAO) gekoppelt. Bei der NAO handelt es sich um eine Luftdruckschwankung zwischen dem Islandtief und dem Azorenhoch, die besonders im Winter maßgeblich das Wetter in Nordwesteuropa bestimmt.

Neben den Langzeittrends unterliegt der Meeresspiegel der Nordsee monatlichen, saisonalen und jährlichen Schwankungen, die größtenteils natürlich bedingt und regional sehr unterschiedlich sind. Die monatliche Variabilität beträgt z.B. am Pegel Cuxhaven ± 60 cm. Die saisonale Variabilität hat besonders in der südöstlichen Nordsee in den letzten 60 Jahren deutlich zugenommen und wurde durch Schwankungen des Index der Nordatlantischen Oszillation (NAO-Index) erklärt. Durch stärkere bzw. schwächere Westwinde wird vor allem an der deutschen Nordseeküste ein unterschiedlicher Windstau hervorgerufen, der sich sehr kurzfristig ändern kann. Der NAO-Index weist aber auch Dekaden-Schwankungen auf. So hat er sich besonders zwischen Ende der 1960er Jahre und Mitte 1990er Jahre verstärkt, dann abgenommen und in den 2010er Jahren wieder deutlich zugenommen. Im Gegensatz zur südöstlichen Nordsee spielen entlang der englischen und norwegischen Küste lokale Luftdruckschwankungen eine wichtigere Rolle als das Windklima.

Anstieg des Meeresspiegels in der Nordsee bis 2071-2100 im Vergleich zu 1950 nach dem A1B-Szenario.

Zukünftige Änderungen

Der globale Meeresspiegelanstieg wird bis zum Ende des Jahrhunderts je nach Szenario und Modellrechnung zwischen 28 und 98 cm betragen. Die räumlichen Unterschiede des absoluten Meeresspiegelanstiegs werden vor allem durch Veränderungen der Dichte des Meerwassers infolge unterschiedlicher Erwärmung und durch Veränderungen der Meeresströmungen verursacht. Der relative Meeresspiegelanstieg wird weiterhin beeinflusst durch Bewegungen der Erdkruste aufgrund der Entlastung von Eismassen am Ende der letzten Eiszeit. In der südlichen Nordsee wird es dadurch auch in Zukunft eine leichte Absenkung des Landes geben, in der nördlichen Nordsee entlang der norwegischen Küste eine Anhebung, die dem Meeresspiegelanstieg entgegenwirkt. Außerdem ist lokal mit Absenkungen (Subsidenz) durch Entnahme von Grundwasser oder Gas zu rechnen.

Bisherige Berechnungen für die Nordsee beruhen zumeist auf Länder-Studien. So wurden für die Nordseeküste Großbritanniens bezogen auf den Zeitraum 1990 bis 2100 ein Anstieg von 5-70 cm bei Edinburgh berechnet und von 20-85 cm im Themse-Ästuar. Der Unterschied wird mit der vertikalen Landbewegung in Schottland begründet. Für die niederländische Küste wurde ein Anstieg bei einem hohen Szenario von 40-80 cm bis 2100 im Vergleich zu 2005 projiziert. Andere Berechnungen für die Niederlande halten auch einen Anstieg von 1 m bis zum Ende des 21. Jahrhunderts für möglich. Im Mittel unterscheiden sich die Projektionen für die Nordsee nur wenig von den globalen Schätzungen.

Extreme Meeresspiegelniveaus

Extreme Meeresspiegelniveaus entstehen allgemein durch eine Kombination verschiedener Einflussfaktoren wie hohen Gezeitenwasserstand, Sturmflut durch starke Winde und hohe Wellen. Ein steigender mittlerer Meeresspiegel verstärkt die Gefahr extremer Wasserstände, weil er die Basis erhöht. Lokale Bedingungen wie Wassertiefe und Küstenverlauf modifizieren das extreme Meeresspiegelniveau. In der Deutschen Bucht tragen Sturmfluten besonders in den Wintermonaten November bis Februar erheblich zu den Schwankungen des gesamten Meeresspiegels bei. Durch Starkwinde bedingte Sturmfluten zeigen deutliche Schwankungen von Jahr zu Jahr und über Jahrzehnte, jedoch keinen Langzeittrend. Höhere Hochwasserstände während des 20. Jahrhunderts sind primär durch den Anstieg des mittleren Meeresspiegels bedingt, nicht durch stärkere Stürme. Möglicherweise spielen auch höhere Gezeiten eine Rolle, wofür die Gründe allerdings unklar sind.

Bei einem mittleren Meeresspiegelanstieg um 50 cm würde sich nach Modellberechnungen die Häufigkeit von extremen Wasserständen an vielen Stellen in der südlichen Nordsee um das Zehnfache erhöhen. Am höchsten auflaufen werden die Sturmfluten mit bis zu 15 cm gegenüber 1961-2000 in der Deutschen Bucht. Einzelne Sturmfluten können auch um 40 cm höher auflaufen. Dabei sind aufgrund der vorherrschenden Westwinde besonders die schleswig-holsteinische und die dänische Westküste betroffen, weniger die niedersächsische und die niederländischen Küsten. Insgesamt sind die zu erwartenden Veränderungen bei den Sturmfluthöhen in der Nordsee relativ gering, wobei die Änderungen in der südöstlichen Nordsee (Deutsche Bucht) wahrscheinlich am höchsten sein werden. Zu den berechneten höheren Sturmfluten ist allerdings noch der mittlere Meeresspiegelanstieg mit bis zu 80 cm zu addieren.

Literatur

• Quante, M., and F. Colijn (Eds., 2016): North Sea Region Climate Change Assessment, Regional Climate Studies, DOI 10.1007/978-3-319-39745-0_3

Klimadaten zum Thema

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Hier finden Sie eine: Anleitung zur Visualisierung der Daten.

Schülerarbeiten zum Thema

Schülerarbeiten zum Thema des Artikels aus dem Schulprojekt Klimawandel:

• Meeresspiegelanstieg auf den Halligen Drohen die Halligen an der deutschen Nordseeküste unterzugehen? (Stadtteilschule Walddörfer, Hamburg)
• Meeresspiegelanstieg auf Amrum Folgen des Meeresspiegelanstiegs für die Nordseeinsel Amrum.

Lizenzhinweis

Kontakt: Dieter Kasang