Deutschlands ältester Pegel in Cuxhaven, der schon seit Mitte des 19. Jahrhunderts Daten sammelt, zeigt - abseits der natürlichen Variabilität über mehrere Jahrzehnte - einen relativ konstant verlaufenden Meeresspiegelanstieg: Um etwas weniger als zwei Millimeter pro Jahr ist das Meer in der Deutschen Bucht in den letzten 150 Jahren gestiegen. Seitdem geht es scheinbar mit gemütlicher Regelmäßigkeit so weiter.

Aber kann man von der Deutschen Bucht alleine auf den globalen Meeresspiegel schließen? "Es sind zwei völlig unterschiedliche Geschichten, ob ich einen regionalen Pegel analysiere oder den globalen mittleren Meeresspiegel" erklärt Sönke Dangendorf, der sich am Forschungsinstitut für Wasser und Umwelt (FWU) in Siegen mit dem Meeresspiegel der Nordsee beschäftigt.

Die Berechnung von Veränderungen des globalen Meeresspiegels sei nämlich sehr schwierig und ist vor allem von regionalen Besonderheiten abhängig.

Erst langsam, dann schnell?

Eine neue Studie, die am Mittwoch (14.01.2015) in der Zeitschrift Nature erschienen ist versucht nun, eins der großen Rätsel bei der Berechnung des globalen Durchschnittswertes zu lösen.

Eine Forschergruppe um die Geophysikerin Carling Hay von der Harvard-University in Cambridge (Massachusetts, USA) hatte sich die Frage gestellt, warum der globale Pegel im 20. Jahrhundert scheinbar schneller angestiegen war als man es von den bekannten Quellen, die Wasser in die Ozeane eintragen, überhaupt hätte erklären können.

Bislang waren die Forscher davon ausgegangen, dass es weltweit einen relativ konstanten Anstieg von 1,6 bis 1,9 Millimeter pro Jahr gegeben habe. Aber das beobachtete Abschmelzen von Gletschern, die wärmebedingte Ausdehnung des Wassers im Ozean und das schnellere Abfließen von Wasser durch begradigte Flüsse und Kanäle an Land, hätte eigentlich nur einen geringeren Anstieg erklären können.

Wahrscheinlichkeitsrechnung als Ersatz für fehlende Daten

Durch Nutzung einer mathematischen Methode, der sogenannten Kalman-Glättung, haben die Forscher daher eine neue Annahme getroffen: Danach wäre der Meeresspiegel zwischen 1901 und 1990 nur um 1,2 Millimeter pro Jahr gestiegen, seitdem aber bis zu drei Millimeter pro Jahr.

Die Kalman-Glättung dient dazu, zeitlich unvollständige Datensätze unter bestimmten Wahrscheinlichkeitsannahmen zu analysieren. Die Cambridge-Forscher haben dazu sowohl die gemessenen Pegelstände in die Berechnung einfließen lassen als auch bestimmte Annahmen über Prozesse, die dem Pegelanstieg zugrunde liegen - etwa das Abschmelzen von Gletschern oder Polareis. Das Rechenergebnis: Der Meeresspiegel steige nicht kontinuierlich an, sondern seit Ende des 20. Jahrhunderts beschleunigt.

Steigt der Ozean oder sinkt der Kontinent?

Unvollständig sind die Messdaten in der Tat. "Globale Messungen der Meeresoberfläche liegen erst seit 1992 in Form von Satellitendaten vor", sagt Dangendorf: "Vor 1992 haben wir nur Tidepegel, die punktuell an den Küsten verteilt sind."

Für sichere Berechnungen des globalen Meeresspiegels taugen diese Tidepegel nur bedingt: "Sie sind regional zum Beispiel durch Windsysteme beeinflusst, die Wassermassen innerhalb des Ozeans hin und her transportieren. Auch sind die Tidepegel auf Land stationiert und das Land kann sich gegenüber dem Ozean senken oder heben."

Das kann etwa durch Plattentektonik geschehen, aber auch durch Veränderungen im Grundwasserspiegel oder durch Landsenkungen, infolge von Eiszeiten. Zwar lassen sich solche Effekte auch näherungsweise berechnen, aber dabei bestehen große Unsicherheiten.

Bis 1950 kaum Daten aus dem Süden

Hinzu kommt, dass Pegel vor 1950 so gut wie nur an den europäischen und nordamerikanischen Küsten existierten. "In der südlichen Hemisphäre gab es zu Beginn des 20. Jahrhunderts nur in Australien zwei Pegel und einen in Neuseeland, aber keine Pegel in Südamerika und Afrika", sagt der Ingenieur Dangendorf.

"Aus diesen punktuellen Messungen, müssen wir dann das globale Mittel ableiten. Und das ist natürlich relativ schwer. Je weiter ich zurückgehe, umso größer werden die Unsicherheiten, dadurch, dass regionale Wasserstände das globale Mittel dominieren."

Erst seit Beginn der Satellitenmessungen ist es für die Forscher einfacher geworden, verlässliche Daten zu bekommen: Zur Höhe der Wasseroberfläche, zu Bewegung der Wassermassen, zu Temperaturen im Ozean und zur Entwicklung der Gletscher und Eisschilde auf den Polarkappen.

Dangendorf geht aufgrund dieser Beobachtungen davon aus, dass in den kommenden Jahrzehnten dann auch eine Beschleunigung des Meeresspiegelanstiegs an den Tidepegeln zu messen sein wird. Bisher sei diese allerdings noch "statistisch nicht signifikant."

Besonders die Rolle der Eisschilde auf den Polkappen müsse noch gründlicher erforscht werden. "Die Antarktis ist der größte Unsicherheitsfaktor bei diesen Betrachtungen", denn gerade dort habe die Forschung die ablaufenden Prozesse "noch nicht sehr gut verstanden".