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Meereshöhe null gibt es nicht

Meter über Meer ist eine vertraute Höhenangabe, aber keine Masseinheit. Die Meeresoberfläche ist viel zu unstet und eignet sich nicht als Basis.

Meeresspiegelpegel an der Küste der niederländischen Provinz Zeeland. Foto: Imago, Bluegreen Pictures
Meeresspiegelpegel an der Küste der niederländischen Provinz Zeeland. Foto: Imago, Bluegreen Pictures

Es ist schon eine ältere Episode, aber die peinliche Panne könnte heute noch passieren: Als die neue Rheinbrücke bei Laufenburg kurz vor der Fertigstellung war, entdeckte ein Vermesser bei einer Routinekontrolle, dass sich die beiden Brückenhälften in der Mitte nicht auf gleicher Höhe treffen würden. Hätte man weitergebaut, wäre eine Stufe von mehr als 50 Zentimeter Höhe entstanden. Es war noch Zeit für Korrekturen am Bauwerk, sodass die grenzüberschreitende Brücke Ende 2004 ohne Stufe eröffnet werden konnte.

Dass sich die Bauleute hüben und drüben um einen halben Meter verrechnet hatten, erstaunte. Immerhin hatten sich die Tunnelbauer beim Durchstich des alten Gotthardtunnels mit einem Höhenunterschied von fünf Zentimetern getroffen – und das war 1880.

Die Berechnungspanne in Laufenburg war schnell geklärt. Auf beiden Seiten des Flusses hatten die Planer die jeweilige Vermessungsgrundlage des Landes verwendet. Für Deutschland und die Schweiz ist jedoch «Meereshöhe null» nicht dasselbe. In der Schweiz geht die Landesvermessung von einem Nullpunkt des Mittelmeers bei Marseille aus, Deutschland nimmt einen Pegelstand der Nordsee in Amsterdam als Basis an. Die Differenz beträgt 27 Zentimeter, was im Fall des Laufenburger Brücke auch berücksichtigt wurde. Dummerweise wurden die 27 Zentimeter beim Schweizer Wert nicht addiert, sondern subtrahiert, womit der Fehler vergrössert statt korrigiert wurde.

Höhe null ist überall anders

Dass zwei Länder unterschiedliche Vermessungsgrundlagen haben, ist heute noch die Regel. Weltweit gibt es Dutzende von Niveaus, die als Höhe null betrachtet werden. Allein in Europa werden 15 Bezugspegel verwendet. Spanien blickt nach Alicante, Italien nach Genua, das Vereinigte Königreich richtet sich nach Newlyn in Cornwall. Von einem europäischen Normwert weicht die Schweiz um 23 Zentimeter ab, Belgien hingegen um 232 Zentimeter.

Selbst innerhalb der Länder kann es mehrere Nullpunkte geben, etwa in Deutschland, wo auch noch die DDR-Werte berücksichtigt werden müssen, die auf die Ostsee bezogen sind.

Bevor das Messwesen eidgenössisch geregelt wurde, hatte in der Schweiz fast jeder Kanton eine andere Vermessungsgrundlage, der Unterschied zwischen Genfer- und Bodensee betrug etwa 3 Meter. Dass jedes Land an seiner Definition der Meereshöhe festhält, hat praktische Gründe. Würde man auf das europäische Referenzsystem umstellen, müssten alle Karten und Pläne neu erstellt werden.

Null ist nicht überall auf der gleichen Höhe. Der Spiegel des Mittelmeers liegt tiefer als der Spiegel der Nordsee.

Als die Vermessung der Länder begann, hatten die Wissenschaftler die Idee, die Meeresoberfläche sei eine eindeutige und unveränderliche Basis für die Ermittlung der Höhen. «Meter über Meer» wurde zum Begriff. «Man war zuversichtlich, dass man mit Leichtigkeit einen gemeinsamen Referenzpunkt würde bestimmen können», schreibt Wilko Hardenberg vom Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte.

Bald merkten die Beobachter jedoch, dass die Messwerte verschiedener Pegelstationen nicht übereinstimmten. Null ist nicht überall auf der gleichen Höhe, wenn man etwa Barometermessungen zum Vergleich nimmt. Der Spiegel des Mittelmeers liegt mehrere Dezimeter tiefer als der Spiegel der Nordsee. Um 1830 wurde in Grossbritannien der erste Pegel konstruiert, der die Messwerte automatisch aufzeichnete.

Mehrere Küstenstaaten bauten dann eigene Pegelnetze auf. Aus einer grossen Zahl von Messungen wurde ein Durchschnitt errechnet und zum Nullpunkt erklärt. Die natürlichen Bewegungen der Meeresoberfläche durch Gezeiten, Wellen und Stürme wurden statistisch ausgebügelt, ein künstliches Nullniveau wurde gebildet, von dem aus die Höhenmessungen im Land durchgeführt wurden. «Den mittleren Meeresspiegel sieht man nie, es ist ein wissenschaftliches Konstrukt», erklärt Historiker Wilko Hardenberg.

Wichtige Pegelmessungen

Pegelstationen spielen noch heute eine Rolle, obschon Satelliten die Meere vermessen. In einem internationalen Netz von Pegelstationen werden die Messwerte von rund 300 Stationen gesammelt. Auch mehrere andere Netze nutzen Pegelinformationen, zum Beispiel für das Tsunami-Warnsystem, für die Berechnung von Gezeiten oder für die Planung von Hafenbauten. Die Daten werden in mehreren Archiven gespeichert, damit sich Studien über die Langzeitentwicklung durchführen lassen.

Aber es fehlt nach Ansicht vieler Fachleute an der Koordination der unterschiedlich konzipierten Pegelsysteme. Oft fehlt auch das Geld für den Unterhalt. Etliche Messstationen sind veraltet, wurden von Stürmen zerstört oder sind, weil sie auf sehr abgelegenen Inseln stehen, für Reparaturarbeiten kaum zugänglich. Dabei sind die Messwerte gerade von solchen Standorten besonders interessant für die Forschung. Während Satelliten periodisch alle zehn Tage über einem Punkt vorbeikommen, kann ein Pegelstand fast laufend erfasst werden, aber nur lokal.

Die Definition eines Nullpunktes für die Landvermessung war während Jahrzehnten in der Fachwelt umstritten. Heute wird der Meeresspiegel vor allem beobachtet, weil seine Bewegungen ein Indikator für die Klimaveränderungen sind. «Der Meeresspiegel steigt über den ganzen Globus verteilt nicht gleichmässig wie in einer Badewanne, sondern es zeigen sich regionale Unterschiede», heisst es in einer Broschüre der Wissenschaftsverbände Deutsches Klimakonsortium und Konsortium Deutsche Meeresforschung. Um diese globale Entwicklung zu beobachten, eignen sich Satelliten.

Satelliten mit Fehlern

Seit 1993 messen Satelliten den Anstieg der Meeresspiegel rund um den Globus. Die Missionen, die aus Kostengründen nur möglich wurden, weil amerikanische und europäische Projekte zusammengelegt wurden, heissen Sentinel/Jason. Für November ist der Start des ersten von zwei Sentinel-6-Satelliten geplant. Seine Vorgänger haben ermittelt, dass das Meeresniveau im globalen Mittel um jährlich 3 Millimeter ansteigt, diese Messungen sollen weitergeführt werden.

Die Errechnung eines weltweiten Anstiegs der Meeresoberfläche ist als Massstab für den Klimawandel geeignet, nicht aber für den Einzelfall.

Dank einer besseren räumlichen Auflösung wird Sentinel-6 auch Veränderungen in kleineren geografischen Räumen messen. Wind, Wellen, Wasserwirbel und Strömungen werden ebenfalls erfasst. Das wichtigste Instrument ist der Höhenmesser. Sentinel-6 wird mit Radar und mit Mikrowellen die Distanz vom Satelliten zur Wasseroberfläche zentimetergenau messen.

Ebenfalls an Bord ist ein Ortungssystem, das mithilfe von Navigationssatelliten und dem nötigen Korrekturprogramm die Position genau feststellt. Die Satellitennavigation liefert gute Informationen über die Position in Längen- und Breitengraden, nicht aber für die Höhe. Selbst die Hersteller von Navigationsgeräten warnen davor, Höhenangaben unbesehen zu übernehmen, sie können um bis zu 100 Meter falsch sein. Also werden zunehmend Pegelstationen auf der Erde mit Navigationssatelliten kombiniert.

Zukunft des Wattenmeers

Dass der Meeresspiegel nicht so gleichförmig wie in der Badewanne ansteigt, hat unterschiedliche Ursachen. Den grössten Beitrag liefert die Ausdehnung des Wasservolumens durch die Erderwärmung. Dieser Faktor muss in jeder Region separat gewichtet werden. Es gibt viele Massenbewegungen. Beispielsweise sinkt Wasser in die Tiefe, wenn der Salzgehalt steigt, was Strömungen erzeugt. Auch der Wind kann Wasser bewegen. Für eine genaue Höhenmessung muss dabei das Schwerefeld der Erde berücksichtigt werden.

Der Betrag für den Anstieg der Wasserstände ist sehr verschieden, er hängt auch mit der Geländeform zusammen. Entsprechend unterschiedlich sind die erwarteten Folgen. In Deutschland beispielsweise machen sich die Forscher Sorgen um die Zukunft des Wattenmeers, dieser spezielle Lebensraum für Tiere und Pflanzen ist empfindlich.

Die Errechnung eines weltweiten Anstiegs der Meeresoberfläche ist als Massstab für den Klimawandel geeignet, nicht aber für den Einzelfall. Hier können Satelliten grobe Anhaltspunkte bieten, eine Pegelmessung ist aber gezielter. Nicht selten wird man dann für einen Standort feststellen, dass der Meeresanstieg nicht dem globalen Durchschnitt von 3 Millimetern pro Jahr entspricht, sondern 7 Millimeter beträgt.

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