Meeresspiegel – einfach erklärt

Begriff und Bedeutung

Der Meeresspiegel ist das Höhenniveau der Meeresoberfläche. Er entspricht näherungsweise einer Äquipotentialfläche des Erdschwerefeldes, also einer Fläche, auf der überall dasselbe Schwerepotential herrscht. Zu unterscheiden ist der langjährige mittlere Meeresspiegel vom momentanen Meeresspiegel. Der momentane Wasserstand wird unter anderem durch Gezeiten, Wind, Wellen, Strömungen und den Salzgehalt beeinflusst.

Mittlerer Meeresspiegel als Bezugsniveau

In der Geodäsie, der Wissenschaft von der Vermessung und Darstellung der Erde, dient häufig ein mittlerer Wasserspiegel als Nullniveau für Höhenangaben. Dafür werden Wasserstände, die an Küstenpegeln oder Mareografen gemessen wurden, über Jahrzehnte gemittelt. Dadurch werden jahreszeitliche Schwankungen und Gezeiten weitgehend ausgeglichen.

Die Mittelwerte verschiedener Pegelstationen und verschiedener Zeiträume liegen jedoch nicht genau auf einer gemeinsamen Äquipotentialfläche. Deshalb unterscheiden sich die Nullniveaus der Höhensysteme verschiedener Länder etwas. Beispielsweise liegen die Mittelmeerpegel von Triest und Genua etwa 30 cm anders als der Amsterdamer Pegel.

Der mittlere Meeresspiegel entspricht weitgehend dem Geoid. Das Geoid ist eine Bezugsfläche des Erdschwerefeldes und dient auch als Grundlage für ein geodätisches Erdmodell. Abweichungen des Meeresspiegels vom Geoid werden vor allem durch Meeresströmungen verursacht und können einige Dezimeter betragen.

Schwankungen des momentanen Wasserstands

An den meisten Orten schwankt der Meeresspiegel im Tagesverlauf durch die Gezeiten. Ihre durchschnittliche Periode beträgt 12½ Stunden. Sie hängen hauptsächlich vom Stand des Mondes und in schwächerem Maß vom Sonnenstand ab. Hochwasser tritt in dem Meeresgebiet unter dem Mond und auf der genau gegenüberliegenden Erdseite auf; dazwischen liegt Niedrigwasser.

Eine besonders starke Flut heißt Springflut. Sie entsteht bei Neumond, wenn Sonne und Mond von der Erde aus gesehen auf derselben Seite stehen, sowie bei Vollmond, wenn sie einander gegenüberstehen. Eine schwächere Flut heißt Nippflut. Sie tritt auf, wenn Sonne und Mond von der Erde aus gesehen einen Winkel von 90° bilden, also bei zunehmendem oder abnehmendem Halbmond.

Auf dem offenen Meer beträgt der Gezeitenhub höchstens ± 0,5 Meter. In Küstennähe kann er durch Staueffekte deutlich größer sein; Wasserstandsunterschiede von mehreren Metern können durch Gezeitenkraftwerke genutzt werden. Auflandige Winde, die zum Land hin wehen, können den Wasserstand zusätzlich erhöhen und eine Sturmflut verursachen. Die Verschiebung großer Wassermassen erzeugt besonders in flachen Gewässern, an Kaps und an Engstellen zwischen Inseln starke Gezeitenströmungen.

Wind, der über größere Entfernungen über eine Wasserfläche weht, kann den Wasserspiegel am ferneren Ende anheben. Das Oberflächenwasser bewegt sich dabei langsam in Windrichtung, was als Driftstrom bezeichnet wird. Am näheren Ende sinkt der Wasserstand. An Engstellen werden sowohl die Wasserstandsunterschiede als auch die Strömung verstärkt. Auch regionale Unterschiede der Wassertemperatur und des Salzgehalts beeinflussen den Meeresspiegel. Sie sind Ursachen der meisten Meeresströmungen.

Schwerkraft und regionale Höhenunterschiede

Die geometrische Höhe der Meeresoberfläche, die näherungsweise als ellipsoidisch betrachtet werden kann, hängt von der Dichteverteilung im Erdinneren ab. Wo der regionale Erdmantel dichter ist, wirkt eine stärkere Schwerkraft. Der Wasserspiegel richtet sich daher nach dem lokalen Gravitationspotential der Erde.

Im Indischen Ozean bei Sri Lanka liegt der Meeresspiegel bis zu 105 Meter unter dem Durchschnitt. Nordöstlich von Australien bei Neuguinea liegt er dagegen bis zu 80 Meter über dem Durchschnitt. Ein Schiff, das solche Strecken befährt, muss dabei keine Arbeit zur Überwindung dieser Höhenunterschiede leisten, weil die Wasseroberfläche einer Äquipotentialfläche folgt. Physikalisch werden gleiche Höhen deshalb über gleiche Schwerepotentiale definiert; in diesem Zusammenhang ist das Geoid wichtig.

Erdgeschichtliche Schwankungen

Mittel- bis langfristige Schwankungen des globalen mittleren Meeresspiegels um mehrere Zehner- bis wenige Hundert Meter sind in der Erdgeschichte normal. Sie werden als eustatische Meeresspiegelschwankungen bezeichnet. Im Phanerozoikum, den vergangenen 540 Millionen Jahren, gab es zahlreiche Zeiten mit besonders hohem Meeresspiegel, vor allem im Ordovizium und in der Oberkreide, sowie mit besonders niedrigem Meeresspiegel, insbesondere im Karbon, Perm, in der Trias und im jüngeren Känozoikum. Nach Schätzungen befindet sich die Erde derzeit in einer Phase mit sehr niedrigem eustatischem Meeresspiegel.

Neben klimatischen Faktoren wirken über geologische Zeiträume die Geodynamik, besonders Schwankungen der Ozeanbodenspreizungsrate, und isostatische Vertikalbewegungen der ozeanischen Erdkruste. Isostatische Bewegungen sind durch Belastungen und Entlastungen bedingte Hebungen oder Senkungen der Erdkruste.

Ein Anstieg des Meeresspiegels oder ein landeinwärtiges Wandern der Küstenlinie heißt Transgression. Ein Fallen des Meeresspiegels oder ein seewärtiges Wandern der Küstenlinie heißt Regression. Ein sehr langsames, tastendes Vordringen des Meeres wird Ingression genannt. Regionale Transgressionen und Regressionen beweisen jedoch nicht zwangsläufig eine globale Änderung: Sie können auch durch das Absinken (Subsidenz) oder die Hebung (Uplift) der kontinentalen Erdkruste verursacht werden.

Während der letzten Kaltzeit lag der Meeresspiegel am Tiefpunkt über 120 Meter niedriger als heute. Dadurch entstanden vielerorts Landbrücken. Vor etwa 10.000 Jahren lag der Meeresspiegel im Norden Europas rund 60 Meter niedriger als heute. Damals verband Doggerland Großbritannien mit dem westeuropäischen Festland und Skandinavien; es war eine fruchtbare Landschaft im Gebiet der heutigen Nordsee.

Globaler Anstieg seit dem 19. Jahrhundert

Seit etwa 1880 ist ein messbarer Anstieg des Meeresspiegels feststellbar. Aus Pegelmessungen und Satellitenaltimetrie, also der Höhenmessung mithilfe von Satelliten, ergibt sich für den Zeitraum 1901 bis 2018 ein Anstieg des globalen mittleren Meeresspiegels von etwa 20 cm (±5 cm). Für 1870 bis 2009 wird ein Anstieg von etwa 25 cm angegeben.

Mindestens seit den 1970er-Jahren ist die anthropogene globale Erwärmung, also die vom Menschen verursachte Erwärmung, die Hauptursache. Sie lässt Gletscher sowie Eisschilde in der Westantarktis und auf Grönland schmelzen und bewirkt außerdem die thermische Ausdehnung des Meerwassers. Der Anstieg beschleunigt sich: Der Sechste Sachstandsbericht des IPCC nennt durchschnittlich 1,3 mm/Jahr für 1901–1971, 1,9 mm/Jahr für 1971–2006 und 3,7 mm/Jahr für 2006–2018.

Die Folgen sind regional verschieden. Zwischen 1992 und 2018 stieg der Meeresspiegel auf 98 % der Meeresoberfläche, doch die Beschleunigung war nicht überall gleich. Gründe für regionale Abweichungen sind Unterschiede bei Driftströmungen, Süßwassereinträgen und beim atmosphärischen Wärmetransport. In Gebieten, die während der letzten Kaltzeit von Eisschilden bedeckt waren, wirkt zusätzlich die postglaziale Landhebung. Städte und Flussdeltas können durch Grundwasserentnahme, die Gewinnung fossiler Brennstoffe oder neue Staudämme absinken.

Das Abschmelzen der Eisschilde in Arktis und Antarktis verändert durch Massenverlagerungen auch das Geoid. Weil die Anziehungskraft der Eisschilde auf das Meerwasser abnimmt, steigt der Meeresspiegel in niedrigen Breiten schneller als in hohen. Besonders gefährdet sind langfristig tief liegende Küstengebiete, Küstenstädte und Inseln.