Über den Meeresspiegel, seine Schwankungen und Messungen

von Dipl.Berging.-Geol. Dr.rer.nat. Bernd Hartmann
Eine Außensicht der Einflüsse die auf den Meeresspiegel wirken.


1. Vorbemerkung

Seit langer Zeit treiben den Verfasser Fragen zum hier behandelten Thema um. Rein be­ruflich war er, wenn auch indirekt, bspw. mit der Geschichte der Verteilung von Land und Meer auf der Erde ständig konfrontiert. So beschäftigten ihn Fragestellungen z. B. solcher Art wie große Transgessions- und Regressionsereignisse („Große Quartärtransgression“) im Zusammen­hang mit mehrfachen Vergletscherungen (Kaltzeiten) besonders hinsichtlich der nördlichen He­misphäre und wie sie mit­einander in Einklang zu bringen gehen (Was in Wahrheit gar nicht so ein­fach ist!). Die Hauptmotivation zum Verfassen vorliegender Abhandlung bestand jedoch darin, dass man im Zusammenhang mit quantitativen An­gaben auf Satellitenmessungen basierten Da­ten über Meeresspiegelschwankungen bspw. in den Massenmedi­en mit schier unglaublicher mm-Genauigkeit hantiert. Diese Sachlage provozierte schon seit langem die natürliche Skepsis des Ver­fassers. Dieser Sache sollte also irgendwann einmal auf den Grund gegangen werden. Hinzu kommt bspw., dass besonders häufig in den genannten Medien über einen permanent verlaufen-d­en Meeresspiegelanstieg vorrangig als Folge des Abschmelzens der Polkappen berich­tet wird. In diesen Medi­en werden Meeresspiegelschwankungen (offensichtlich der einfachen Logik hal­ber) fast immer in Zusammenhang mit dem Schmelzen von Eis der Gletscher bzw. dem Gefrie­ren von Wasser in Zusammenhang gebracht. Auch aus der Sicht eines Geologen, dem schon von Hau­se aus noch ganz andere nicht weniger wichtige Einflussfaktoren auf das Niveau des Meeresspie­gels bekannt sind, bestand deshalb die Motiva­tion, vorliegende Abhandlung nieder­zuschreiben. Auch wenn es schwerfiel, war der Verfasser ständig bemüht, bei der Niederschrift des Tex­tes auf jegli­che Polemik zu verzichten. Außerdem ist beabsichtigt, hier weitgehend von der Darstellung sub­jektiv geprägter Sachverhalte Abstand zu nehmen. Geschieht es den­noch, wird die entsprechen­de Textpas­sage besonders gekennzeichnet (Kursivschrift) Für ein besseres Ver­ständnis des We­sens von Meeresspiegelschwankungen ist es nach Meinung des Ver­fassers not­wendig, et­was weiter „auszuholen“. Insofern mag die vorliegende Abhandlung auch als Auffri­schungskursus hinsichtlich des erdkundlichen Allgemeinwissens dienen. In diesem Zusammenh­ang bittet der Verfasser im Voraus um die Nachsicht des Le­sers, falls der Inhalt vorlie­gender Ab­handlung stel­lenweise allzu banal erscheinen mag.

 

2. Die Gestalt der Erdoberfläche

Die Form des Planeten Erde entspricht bei weitem nicht der Form einer Kugel und wird deshalb in den Erdwissenschaften (Geographie, Geodäsie, Geologie, Geophysik u.a.) als Geoid defi­niert. Mit dieser Bezeichnung wird die Einzigartigkeit des Planetenkörpers optimal gekennzeich­net. Geometrisch ist der Erdkörper der Form eines Rotationsellipsoids sehr nahe. Rein äußerlich kommt die Form der Erde eher der ei­ner rohen Kartoffel gleich. In Abb. 1a ist der Planet Erde als Zeichnung zur Verdeutli­chung dieser Aussage darge­stellt.

Abb. 1a: Die äußere Form der Erde

In Abb. 1a sind zum Vergleich die geometrischen Idealformen einer Kugel sowie die eines Rotationsellipsoids dargestellt. Etwas genauer ausgedrückt, wird durch die Oberfläche des Geo­ids eine Fläche gleicher Schwere­potentiale beschrieben. Jedoch ist auch die Geoidoberfläche kei­nesfalls deckungsgleich mit der tatsächlichen Oberflächenform der Erde. Im Be­reich der Ozeane kommt die Form der Wasseroberfläche der des Geoids relativ nahe (vgl. Abb.1d/s. auch Kap. 4).

Abb. 1b: Was sind eigentlich Höhen?

Abb.1c: Der Zusammenhang Geoid, Landoberfläche und Meeresspiegel

Letzteres hängt damit zusammen, dass das Schwerepotential* an jedem Ort auf der Ober-fläche des Geoids gleich ist. Die natürliche Lotrichtung und die Geoidoberfläche (vgl. Abb. 1b) stehen in jedem Punkt seiner Oberfläche senkrecht zueinander (Sie ist also die soge-nannte Nor­male einer Potentialfläche). Daher kann die Form des Geoids durch Mes­sung der lokalen Erdbe­schleunigungen bestimmt werden. Zwei beliebige Punkte auf der Geoidoberfläche ha­ben somit das gleiche Schwerepotential und deshalb die gleiche sogenannte dynamische (orthometrische) Höhe.

Der Thematik „Form der Erde“ sind hier insgesamt 5 Abbildungen gewidmet. Damit soll verdeutlicht werden, dass zu quantitativen Aussagen über Änderungen der äußeren Erdgestalt (Schwankungen des Meeresspiegels, Veränderung der Höhen der Landoberfläche), im Grunde ge­nommen, immer auch Angaben zur dementsprechenden Bezugsfläche erforderlich sind (Z. B. was ist bzw. wo liegt das Nullniveau?).

Die aufmerksame Betrachtung der Abbildungen 1a bis 1e verdeutlichen, wie wichtig es ist, bspw. im Zu­sammenhang mit Meeresspiegelschwankungen über fundierte Kenntnisse bezüg-lich der morphologischen Beson­derheiten der Erde zu verfügen. (Dementsprechend wichtig und verantwortungsvoll ist es so auch im Falle entsprechender Informationstätigkeit bspw. über die Massen­medien, eine korrekte Ausdrucksweise zu praktizieren.) In nachfolgender Abbil­dung ist die Abwei­chung des Geoids von der Idealform eines Referenzkörpers dargestellt.

Abb. 1d: Das Verhältnis des Geoids zum Idealkörper

Abb. 1e: Die zeitliche Veränderlichkeit der Oberlächenform des Geoids

Wie anhand von Abb. 1e erkennbar, ist der Erdkörper seiner Form nach bei weitem kein räumlich unveränderliches Objekt [9]. Die Zeitspannen, in denen Veränderungen von statten ge­hen, sind erstaunlich gering.

12. Résumé

Die Satellitenaltimetrie als ein inzwischen sehr wichtiges Instrument des Monitorings des globalen ökologischen Zustandes unseres Planeten birgt in sich einen enormen Erfahrungs­schatz, welcher innerhalb der letzten 40 Jahre angehäuft wurde. So blieb es nicht aus, dass die Sicherheit und die Möglichkeiten zu treffender Aussagen sich über die Raumfahrttechnik in un­geahntem Maß immens weiterentwickelt haben.

Im Laufe der Recherchearbeiten im Internet erwies es sich als sehr angenehm, dass die westlichen Raumfahrtorganisationen NASA und ESA im krassen Gegensatz zu russischen Einrich­tungen entsprechender Art sehr viele Daten der Öffentlichkeit zugänglich machen. Ebenfalls zeigte sich, dass das englisch- und russischsprachige Internet relativ reichhaltig an wissenschaft-li­cher Literatur zum gegebenen Thema sind. Wieder einmal glänzte das deutsch­sprachige Inter-net durch wenig Inhalte. Vor bspw. 10 Jahren, wäre es nicht möglich gewesen, ausschließlich mit Hilfe des Internets einen Artikel zu gegebenem Thema auf mehr oder weniger befriedigende Art und Weise zu erstellen.

Der Verfasser hat im Zuge der Bearbeitung vorliegenden Artikels auf intensive Weise er­fahren, dass es sich im Fall der Thematik „Meeresspiegel, seine Schwankungen und Messungen“ um eine hochkomplexe Materie handelt, die s. E. erst recht von Laien nicht vollständig über­schaubar sein kann. Im Verlauf der Erarbeitung vorliegenden Textes durchlief der Verfasser ei-nen gewissen Lernprozess. So wurde ihm auch klar, dass häufig vermittelte Informationen, wel­che bspw. bezüglich Ergebnissen der Erdbeobachtung aus dem All mit schier unglaublicher Ge­nauigkeit erfolgen und somit noch weitere Möglichkeiten (z. B. Erkennung von Gesichtern*, Auto-n­ummern sogar Briefmarken u. a.) suggerieren, ganz offensichtlich dem Reich der Mythen und Verklärung entstammen. Der Verfasser wünscht sich, dass der Leser bemerken konnte, wie wi­dersprüchlich der Umgang bspw. in den Medien mit aus kosmischen Beobachtungen gewonne­nen Um­weltdaten hinsichtlich ihrer Genauigkeit, die Art und Weise der Information und ihrer Vermitt­lung in Wirklichkeit ist. Es ist davon auszugehen, dass aus welchen Gründen auch immer, der Öf­fentlichkeit so Einiges vorenthalten, bewusst verschleiert wird. Für den Verfasser erwies es sich auch im genannten Zusammenhang als vollkommene Illusion, bei ihm aufgekom­mene Zweifel an der Genauigkeit von Angaben satellitenaltimetrisch basierter Meeresspiegelmessun­gen, auf zu­friedenstellende Art und Weise weder definitiv ausgeräumt noch bestätigt zu finden. Ungeach­tet dessen, kann sich der Verfasser jedoch des Gefühls immer noch nicht erwehren, dass mit den von Einrichtungen wie der NASA oder ESA stammenden Angaben äusserst hoher Genau­igkeiten u.a. auch in Verbindung mit Meeresspiegelmessungen „irgend etwas nicht stimme“.

Angesichts der im vorstehenden Text aufgeführten Fakten erscheint es sehr fragwürdig, von einem „globalen Meeresspiegel“ zu sprechen geschweige denn, seine Variabilität mit höchs­ter aktuell bekannter Genauigkeit auszuweisen.

Der Verfasser wäre dem Leser für jede Kritik und entsprechend konstruktive Hin­weise äußerst dankbar.


*      Weshalb ist das Schwerefeld der Erde so ausschlaggebend?: Z. B. vor jeder geodätischen Messung auf einem Festlandsstandort werden die Horizontalkreise der Geräte (Nivelliergeräte /Theodoliten) in die Horizontale justiert, was einer Parallelisierung der Vertikalachsen zu den Horizontalkreisen der Geräte mit der Lotlinie bzw. einer entsprechenden Ausrichtung zur Geoidoberfläche oder Äquipotentialfläche des Erdschwerefeldes gleichkommt.

*               Ganz sicher kann niemand von sich behaupten, dass er jemals Satellitenbilder mit z.B. erkennbaren Gesichtern zu sehen bekam.

Der gesamte Aufsatz kann als pdf im Anhang herunter geladen werden.

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5 Kommentare

  1. #3
    Lieber Herr Beacker, vielen Dank für Ihren Kommentar! So richtig kann ich Ihnen nicht widersprechen. Mein „inneres“ Ausgangsthema war die mm-Genauigkeit, was heißen soll, Sie haben recht. Auch habe ich mich nicht getraut, evtl. ausgewiesene Fehler summarisch (oder gesamtheitlich)zu betrachten, da ich mich außerstande fühlte einen Gesamtfehler selbst zu formulieren. Eben über die besagte Genauigkeit gelang es mir nicht, entsprechend befriedigende Rechercheergebnisse zu erlangen.
    MfG
    B.Hartmann

  2. Lieber Herr Hartmann,

    Ihr Artikel ist gut gelungen. allerdings widmet sich erst das letzte Kapitel 11 dem eigentlichen Thema (der Rest ist Grundlagen). Die ESA Tabelle ist ok, die Zitate reichlich unstrukturiert, denn Sie zitieren Fehler unterschiedlichster Sorte. Wenn ich Sie richtig verstehe, wollen Sie aber verstehen, aus was sich der Fehler in der MSL Trend Kurve (mit Steigung ca. 3mm/Jahr) zusammensetzt. Dazu müssen Sie die Quellen der Einzelfehler und deren Werte mathematisch korrekt zusammenrechnen. Einzelne Entfernungsmessungen des gleichen geographischen Punktes (Länge, Breite) zeigen schließlich Unterschiede von mehreren Dezimetern. Sie können sich bestimmt vorstellen, daß es einigem Aufwandes an Datenauswertung der Rohdaten bedarf, um auf die Trend-Kurve mit einem Fehler von weniger als 1mm/Jahr zu kommen. Genau aber diesen wichtigsten Punkt haben Sie gar nicht adäquat recherchiert.

  3. Kleine Anmerkung zu Seite 11:
    „Gesamtgewicht der Hydrosphäre beträgt dabei etwa 1,46·10^12 kg“
    ist wohl ein Zahlendreher passiert: 1,46·10^21 kg

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