Meeresspiegelanstieg im Ostseeraum

Die Ostsee ist ein flaches Nebenmeer im nördlichen Europa, das im Westen durch eine Meerenge mit der Nordsee verbunden ist.

Meeresspiegelanstieg im Ostseeraum

Nach dem Abschmelzen der Eismassen seit dem Ende der letzten Eiszeit hat sich die Erdkruste im Ostseeraum durch die Entlastung langsam angehoben (Isostasie). Das hat bis zur Gegenwart deutliche Auswirkungen auf den Wasserstand an den Ostseeküsten. Seit dem 20. Jahrhundert kommen die Auswirkungen des globalen Meeresspiegelanstiegs durch die Erwärmung des Meerwassers (sterischer Meeresspiegelanstieg) und durch das Schmelzen von Eis auf dem Land (eustatischer Meeresspiegelanstieg) hinzu. Auch das Ostseewasser selbst dehnt sich durch die Temperaturerhöhung aus. Änderung der Niederschläge mit Auswirkungen auf die Süßwasserzufuhr der Flüsse haben weitere Auswirkungen. Da die Winde im Ostseeraum hauptsächlich aus westlicher Richtung kommen, sind kurzfristige Schwankungen des Meeresspiegels der Ostsee außerdem stark von der Nordsee her und dem nördlichen Atlantikraum beeinflusst.

Die Ostsee

Abb. 1: Die Ostsee6

Einfluss der Anhebung der Erdkruste

Die isostatische Anhebung der Erdkruste im Ostseeraum begann vor ca. 11.000 Jahren. Sie beträgt gegenwärtig im Bottnischen Meerbusen immer noch rund 10 mm/Jahr. In Teilen der südlichen Ostsee sinkt die Erdkruste dagegen um 1 mm/Jahr, während sie entlang der estnischen Küste um 0,5-2,8 mm/Jahr steigt. Der globale Meeresspiegelanstieg von 3,2 mm/Jahr (1992-2008), der sich über die Verbindung zur Nordsee und die Erwärmung des Ostseewassers auch an den Ostseeküsten bemerkbar macht, wird daher durch die isostatische Anhebung teilweise ausgeglichen oder sogar übertroffen. Die Meeresspiegeländerungen fallen infolgedessen regional sehr unterschiedlich aus und zeigen durch die isostatische Krustenbewegung ein klares Gefälle von Norden nach Süden. Im Bottnischen Meerbusen sinkt der Meeresspiegel sogar aktuell um -8,2 mm/Jahr. Entlang der estnischen Küste wurde ein Anstieg von etwa 1,5 mm/Jahr und an der litauischen Küste zwischen 1,3 und 2,5 mm/Jahr festgestellt, Werte, die deutlich unter dem globalen Mittel liegen. Vor dem russischen Kaliningrad im südöstlichen Teil der Ostsee beträgt der Anstieg ungefähr 1,7 bis 3,7 mm/Jahr, was etwa dem globalen Mittel entspricht.1

Veränderung des Meeresspiegels in Stockholm (Schweden), Svinemünde und Kolberg (Polen)
Abb. 2: Relative Veränderung des Meeresspiegels in Stockholm (Schweden), Svinemünde und Kolberg (Polen)1

Meeresspiegeländerungen durch den Klimawandel

Durch satellitengestützte Altimetermessungen lassen sich auch Meeresspiegeländerungen ohne den isostatischen Effekt berechnen, indem der Meeresspiegel in Bezug auf eine geozentrische Referenz, z.B. den Massenmittelpunkt der Erde, gemessen wird. Auf diese Weise lässt sich der mittelfristige Meeresspiegelanstieg, der nur durch den Klimawandel verursacht wird, bestimmen. Danach hat es über das gesamte 20. Jahrhundert an den Küsten Skandinaviens durch den Klimawandel einen Meeresspiegelanstieg von 1,3 mm pro Jahr gegeben, was etwas unterhalb des globalen Wertes von 1,7 mm/Jahr im letzten Jahrhundert liegt. Für 14 schwedische Stationen wurde von 1886 bis 2010 ein Anstieg ohne Berücksichtigung der isostatischen Veränderung um ca. 20 cm ermittelt, was mit dem globalen Anstieg ungefähr übereinstimmt.1 Tatsächlich ist der Meeresspiegel in Stockholm über diesen Zeitraum durch die Landanhebung aber um 40-50 cm gesunken. In den letzten zwei bis drei Jahrzehnten betrug der Meeresspiegelanstieg der Ostsee durch den Klimawandel im Mittel möglicherweise sogar 5 mm/Jahr, der globale dagegen nur 3,23 mm/Jahr.1

Meeresspiegelanstieg in Schweden ohne Berücksichtigung der Anhebung der Erdkruste


Abb. 3: Jährlicher Meeresspiegelanstieg gemittelt über 14 schwedische Stationen ohne Berücksichtigung der isostatischen Veränderung.1

Sturmfluten

Kurzfristige Meeresspiegelschwankungen, die aber auch mittelfristige Trends über einige Jahrzehnte zeigen und manchmal zu extremen Anstiegen des Meeresspiegels führen können, sind von den vorherrschenden Großwetterlagen und deren Windsystemen abhängig.  Über Zeitskalen von Jahrzehnten machen sich die Schwankungen der Nordatlantischen Oszillation (NAO) deutlich bemerkbar. Bei einer positiven NAO (d.h. bei einem starken Azorenhoch und Islandtief) ziehen vor allem im Winter starke Tiefdruckgebiete vom Nordostatlantik Richtung Ostsee und verursachen einen Meeresspiegelanstieg. Das kann zu einem länger anhaltenden Einstrom von Wassermassen aus dem Kattegat in die westliche Ostsee führen.

Verteilung der höchsten Wasserstände 1960-2010


Abb. 4: Verteilung der höchsten Wasserstände 1960-20103

Innerhalb der Ostsee zeigen bei Westwindlagen vor allem die Küsten in der östlichen und nördlichen Ostsee durch auflandige Winde hohe Wasserstände und Sturmfluten, während in der westlichen Ostsee der Wasserstand niedrig ist. Dabei kann es auch zu extremen Meeresspiegelanstiegen kommen. So hat z.B. das Tief Gudrun am 9. Januar 2005 an der estnischen Küste während einer Sturmflut einen Meeresspiegelanstieg von 2,75 m hervorgerufen. Ein negativer NAO-Index bewirkt dagegen einen relativ niedrigen Meeresspiegel, besonders in den nördlichen und östlichen Teilen der Ostsee. In diesem Fall bestimmt im Winter zumeist ein Hochdruckgebiet im Osten Europas das Wetter und östliche Winde drücken das Wasser aus der Ostsee heraus, was z.B. niedrige Wasserstände an den baltischen Küsten und höhere an den Küsten Schleswig-Holsteins und Dänemarks bewirkt.1;2 Insgesamt sind jedoch vor allem die Küste im Luv der Westwinde durch Sturmfluten gefährdet, insbesondere der Rigaische Meerbusen (Abb. 4).3

Seit den 1950er Jahren ist die Anzahl der Sturmfluten in der südlichen Ostsee pro Jahrzehnt von 13 in den 1950er Jahren über 15-22 in den darauf folgenden Jahrzehnen auf 34 in den 1980er Jahren gestiegen. Am Ende des 20. Jahrhunderts lag die Anzahl der Sturmfluten bei 32, so dass ein weiterer Anstieg ausblieb. Im Vergleich zur Mitte des Jahrhunderts hat sich die Anzahl von Sturmfluten, die zu Überschwemmungen führen können, jedoch verdoppelt.2

Projektionen

Nach dem Szenario A1B wird der Meeresspiegel der Ostsee im Mittel um 70 cm steigen, was etwa 80 % des globalen Mittels entspricht. Bei einem höheren Szenario könnten es auch 1,1 m werden. Die weiter anhaltende isostatische Anhebung der Erdkruste kompensiert in einem großen Teil des Ostsee-Gebietes den durch den Klimawandel bedingten Meeresspiegelanstieg. Bei dem Szenario A1B wird es daher zu einem Anstieg um 60 cm in der Lübecker Bucht und zu einem Absinken um 0,35 cm im Bottnischen Meerbusen kommen.

Die Einflüsse durch Wind, Salzgehalt und Meereisbedeckung werden sich lokal kurzfristig und in Schwankungen über einige Jahrzehnte bemerkbar machen, stellen aber nicht die wichtigsten Ursachen für den Meeresspiegelanstieg im 21. Jahrhundert dar. Stärkere Winde und eine Zunahme der Abflussmengen durch höhere Niederschläge werden nach einigen Studien in manchen Gebieten etwa 5 cm zum Anstieg des Meeresspiegels bis Ende des 21. Jahrhunderts beitragen.4

Regionaler Meeresspiegelanstieg in m bis 2090-2099 im Vergleich zu 1990-1999 nach dem A1B-Szenario


Abb. 5: Regionaler Meeresspiegelanstieg bis 2090-2099 im Vergleich zu 1990-1999 in m nach dem A1B-Szenario4

Langfristig wird durch das Abschmelzen des Grönländischen Eisschildes dem Ozean einerseits so viel Wasser hinzugefügt, dass der globale Meeresspiegel im Mittel um ca. 7 m ansteigen wird. Dieser Prozess würde allerdings Jahrhunderte bis Jahrtausende dauern. Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts sind es nach dem A1B-Szenario durch das teilweise Abschmelzen des Grönlandeises aber nur 14 cm. Andererseits wird durch die Eisschmelze die Erdkruste entlastet und steigt langfristig  an. Dieser Effekt macht sich auch noch in 2000 km Entfernung von Grönland bemerkbar, so dass die Wirkung des Abschmelzens des Eisschildes auf Grönland auch noch in der Ostsee durch isostatische Anhebung – zusätzlich zu der weiter andauernden Anhebung seit dem Ende der letzten Eiszeit – über einen langen Zeitraum fast gänzlich kompensiert wird.

Isostatische Auswirkungen des Abschmelzens des grönländischen Eisschildes


Abb. 6: Isostatische Auswirkungen bei einem Abschmelzen des Grönländischen Eisschildes4

Regionen

Estland

Estland hat eine 3800 km lange Küste und besitzt zahlreiche kleine Inseln und ausgedehnte tief liegende Küstengebiete.

Auch die Meeresspiegeländerungen an den estnischen Küsten sind stark von der isostatischen Anhebung beeinflusst. Diese ist am stärksten im Nordwesten Estlands, wo es deshalb zu einem Absinken des Meeresspiegels gekommen ist. Stationen im Süden mit geringerer Anhebung der Erdkruste zeigen dagegen  keinen oder sogar einen positiven Trend. Ohne die isostatishe Anhebung hat es an der estnischen Küste 1950-2011 allerdings einen Meeresspiegelanstieg von 2,2-2,3 mm/Jahr gegeben, der über dem globalen Mittelwert von 1,9 mm/Jahr liegt. Jahreszeitlich ist der Meeresspiegelanstieg besonders in der kalten Jahreszeit von November bis März angestiegen. Schwankungen von Jahr zu Jahr und über Jahrzehnte haben offensichtlich mit dem Wind-Klima zu tun.5

Aufgrund ihrer Exponiertheit nach Westen verursachen westliche und südwestliche Winde vor den estnischen Küsten einen besonders hohen Wasserstau. Der Ferienort Pärmu an der Nordostküste des Golf von Riga  ist dabei der am stärksten durch Überschwemmungen bedrohte Ort. Der höchste Meeresspiegelanstieg wurde hier am 9. Januar 2005 mit 2,75 über NN beobachtet. Ursache war das Tief Gudrun, das bei Pärmu eine Fläche von 13 km2 überflutete.1

Anzahl von Sturmfluten in Ristna (Estland)


Abb.7: Anzahl von Sturmfluten mit einem maximalen Wasserstand von über 70 cm über Normalnull an der Station Ristna (Estland)3

In der zweiten Hälfte des 20. Jh.s nahm die Sturmtätigkeit in den estnischen Küstengebieten  im Winter deutlich zu. Aufzeichnungen an der Station Ristna auf der estnischen Insel Hiiumaa zeigen einen ansteigenden Trend von den 1960er bis zu den 2000er Jahren, dessen Höhepunkt um 1990 lag. Das entspricht ungefähr der Entwicklung des NAO-Index (Abb.: 7).3 Hochdruckbedingungen im Winter haben dagegen deutlich abgenommen, wodurch die Winter milder geworden sind. Die milderen Winter haben die Eisbildung verringert, mit der Folge einer stärkeren Erosion an den Küsten.

Anmerkungen:
1. Hünicke, B., E. Zorita, T. Soomere, K.S. Madsen, M. Johansson, and Ü. Suursaar (2015): Recent Change—Sea Level and Wind Waves, in: The BACC II Author Team (2015): Second Assessment of Climate Change for the Baltic Sea Basin, Heidelberg New York Dordrecht London, Lizenz: CC BY-SA-NC
2. Sztobryn, M., u.a. (2005): Sturmfluten in der südlichen Ostsee (westlicher und mittlerer Teil), Berichte des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie, Nr. 39 / 2005
3. Wolski, T., B. Wiśniewski, A. Giza, H. Kowalewska-Kalkowska, H. Boman, S. Grabbi-Kaiv, T. Hammarklint, J. Holfort, Ž. Lydeikaitė (2014): Extreme sea levels at selected stations on the Baltic Sea coast, Oceanologia, 56 (2), 259–290; Lizenz: CC BY-NC-ND
4. Grinsted, A. (2015): Projected Change – Sea Level, in: The BACC II Author Team (2015): Second Assessment of Climate Change for the Baltic Sea Basin, Heidelberg New York Dordrecht London, pp 253-263; Lizenz: CC BY-SA-NC
5. Jaagusa, J., and Ü. Suursaar (2013): Long-term storminess and sea level variations on the Estonian coast of the Baltic Sea in relation to large-scale atmospheric circulation, Estonian Journal of Earth Sciences, 2013, 62, 2, 73-92
6. Wikipedia: Ostseegliederung, Autor: Ulamm, Lizenz: CC BY-SA

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