Was ist eine Meeresspiegel-Kurve?

Hintergrund
Meeresspiegel-Kurve
Sonifikation

Recht anschaulich lässt sich die Antwort auf diese Frage über einen Vergleich herleiten; einem bekannten Bild aus unserer urbanen Umwelt. Denken wir an einen größeren Fluss, der in einem befestigten Flussbett durch eine alte Stadt fließt.

Die Stadtgründung an diesem Fluss bringt viele Vorteile mit sich, aber auch Probleme. So ist diese Stadt jedes Jahr mit Beginn der Schneeschmelze vom Hochwasser bedroht. Bei einem verheerenden Hochwasser vor 100 Jahren trat nicht nur der Fluss deutlich über seine Ufer, sondern zerstörte auch eine alte Holzbrücke. An Stelle der alten Brücke baute man eine stabilere aus Stein. Seit dieser Zeit untersucht man systematisch das Verhalten des Flusses, indem man den Wasserstand Tag für Tag misst. Zu diesem Zweck ist an einem der Brückenpfeiler eine Meßlatte angebracht. Die Meßlatte sitzt zum einen dem Flussgrund auf und ragt zum anderen deutlich über die aktuelle Wasserführung des Flusses hinaus.
 

Wenn wir es uns nun selbst zur Aufgabe machen, über ein gesamtes Jahr jeweils zu einem festgelegten Zeitpunkt - beispielsweise zu Beginn eines neuen Monats - den aktuellen Flusspegel zu messen und zu dokumentieren, so werden wir jahreszeitlich bedingte Abweichungen des Flusspegels feststellen (siehe Abb.1a). So wird im Winter der Wasserstand relativ gering sein, da der meiste Niederschlag in Form von Schnee auf die Erde niedergeht und als solcher liegen bleibt. Im Frühjahr dagegen wird der Fluss aufgrund der Schneeschmelze große Wassermassen führen, der Flusspegel also deutlich höher liegen als im Winter. Im Sommer geht die Wasserführung zurück, da aller Schnee geschmolzen ist und da es zudem wesentlich weniger Niederschlag als zu den anderen Jahreszeiten gibt. Gegen Herbst nimmt die Niederschlagshäufigkeit und -menge wieder zu; also steigt allmählich auch wieder dieser Fluss an. Mit dem Winter fällt der Niederschlag dann wieder in Form von Schnee, so dass sich die Wasserstands-Messungen erneut den Messwerten aus dem vergangenen Winter annähern werden.
 

Abb.1a und 1b

All diese über ein Jahr gewonnenen Messwerte werden nun in einem Wasserstands-Zeit-Diagramm eingetragen und anschließend alle einzelnen Punkte in zeitlich richtiger Reihenfolge miteinander verbunden (siehe Abb.1b). Als Ergebnis unserer Naturbeobachtung entsteht also letztendlich eine Kurve. Sie spiegelt die jahreszeitlichen Veränderungen des Wasserstandes des Flusses wider.

Wie eingangs erwähnt, werden derartige Messreihen schon seit 100 Jahren an diesem Fluss durchgeführt und statistisch ausgewertet. Um die Statistik des Wasserstandes über derartig lange Zeiträume möglichst übersichtlich darzustellen, wird beispielsweise jeweils der Jahresdurchschnitt des Wasserpegels berechnet und in einem Wasserstands-Zeit-Diagramm aufgetragen. Da die Wetterlage Jahr für Jahr nicht identisch ist, wird auch die Wasserführung dieses Flusses Abweichungen aufweisen, also eine Kurve in dem Diagramm entstehen.

Gehen wir aufmerksam entlang der Uferpromenade jener Stadt, so entdecken wir mitunter an alten Gemäuern historische Wasserstandsmarken, die mit Jahreszahlen versehen sind, die weiter als 100 Jahre zurückreichen. Diese Wasserstandsmarken zeugen von mächtigen Überflutungen. Mit solchen Zeugnissen über extreme Wasserhochstände lassen sich Wasserpegel-Statistiken über noch größere Zeiträume erstellen.

Im Grunde genommen erfolgt die Bestimmung einer Meeresspiegel-Kurve ganz ähnlich. Geologen untersuchen zu diesem Zwecke solche Gesteine, die über geologische Zeiträume hinweg die Geschichte des Wasserpegels für einen bestimmten Ort erzählen können, also die datierbaren "versteinerten Wasserstandsmarken" des Meeresspiegels. Als Archiv geologischer Wasserstandsmarken dürfen generell Sedimentgesteine angesehen werden. Aus ihnen lässt sich a) der Zeitpunkt ihrer Bildung und b) der Meeresspiegelstand zum Zeitpunkt ihrer Bildung ermitteln:

a) Leit-Fossilien zeigen den erdgeschichtlichen Entstehungszeitpunkt des Gesteins an.

b) Die Sedimentgesteinsart (z.B. Kalkstein, Tonstein, Sandstein), Sedimentstrukturen (z.B. fossile Wellenrippeln oder Regentropfenmarken) sowie der Mineral- und Fossilinhalt geben Auskunft über die Beschaffenheit des Ablagerungsraumes und der dort wirksamen Naturkräfte (= Fazies).

Um für einen bestimmten Ort und geologischen Zeitabschnitt die Meeresspiegel-Kurve zu ermitteln, gehen Geologen folgendermaßen vor: Zunächst suchen sie in einem festgelegten Arbeitsgebiet nach einem Ort, an dem Sedimentgesteine zutage treten; es fehlen also sowohl Bodenbedeckung als auch Pflanzenbewuchs. Diese Voraussetzungen erfüllen z.B. eine Tongrube, ein Steinbruch oder eine natürliche Felswand. Hier wird nun Schicht für Schicht untersucht und dokumentiert: Von jeder einzelnen Schicht die Mächtgkeit, Gesteinsart (z.B. Kalkstein, Tonstein, Sandstein), Sedimentstrukturen, Farbe sowie der Mineral- und Fossilinhalt (siehe Abb. 2a). (interner Link zu Abbildung "Beispiel für die Rekonstruktion von Meeresspiegelkurven")

Nun werden die im Gelände gewonnenen Daten ausgewertet und interpretiert. Aufgrund des charakteristischen Leitfossil-Inhaltes der gesamten Schichtenfolge wird jeder einzelnen Schicht eine bestimmte erdgeschichtliche Bildungszeit zugeordnet (siehe Abb. 2a). Desweiteren interpretiert man die gesteinsspezifischen Merkmale dieser Schichtenfolge. Weicht die Beschaffenheit der einzelnen Schichten voneinander ab - was früher oder später immer der Fall ist - so ergeben sich für deren Entstehung konsequenterweise auch unterschiedliche Bildungsbedingungen, also voneinander abweichende Meeresspiegelstände. Schicht für Schicht wird nun eine Meeresspiegelhöhe bestimmt. Aus der Summe der Einzelinformationen läßt sich letztendlich Stück für Stück die Meeresspiegel-Kurve zusammenzusetzen.

Dabei geht man ganz ähnlich vor wie bei der statistischen Aufzeichnung des Wasserpegels des oben erwähnten Flusses. Man trägt in einem Meeresspiegel-Zeit-Diagramm jeweils die für eine einzelne Schicht interpretierte Höhe des Meeresspiegels gegen die geologische Zeit auf. Anschließend werden die einzelnen Punkte in zeitlich richtiger Reihenfolge miteinander verbunden (siehe Abb. 2b). Die auf diesem Wege erhaltene Kurve spiegelt die Schwankung des Meeresspiegels, d.h. die erdgeschichtliche Veränderung der Meeresspiegel-Höhe an dem von uns bearbeiteten Ort wider.
 

Abb.2a und 2b

Als übergeordnete Ursachen für Meeresspiegel-Schwankungen gelten plattentektonische Prozesse, Subsidenz und Klimaschwankungen. Je nach geologischer Tragweite und Zeitdauer erzeugen diese Ereignisse Meeresspiegel-Kurven unterschiedlicher Ordnung (Meeresspiegel-Kurve 1. Ordnung, 2. Ordnung u.s.w.), wobei sich eine Meeresspiegel-Kurve einer langfristigen Meeresspiegel-Änderung (z.B. 2. Ordnung) an die zugehörige Meeresspiegel-Kurve nächstkleinerer Ordnung anschmiegt (z.B. Meeresspiegel-Kurve 3. Ordnung; siehe Abb. 2b).

Anmerkungen

) Unter einem Sedimentgestein versteht man ganz allgemein ein Gestein, welches durch eine Vielzahl miteinander verknüpfter Prozesse in der Atmosphäre und Hydrosphäre entstanden ist: Auf Verwitterung und chemischer Lösung von Gesteinen folgen Erosion, Transport (oft in gelöster Form) und schließlich Ablagerung der Erosionsprodukte als Gerölle, Sande oder feinkörnige Schlämme. Aus gelöstem Kalziumkarbonat, Kieselsäure und Phosphate bauen Organismen ihre oft mikroskopisch kleinen Skelette. Zudem werden neue Sedimentpartikel durch chemische Ausscheidung gebildet. Sedimente sind zunächst lose Aggregate von verschiedenen Partikeln, Gesteinsfragmenten, Mineralkörnern, Tonmineralien und Organismen-Resten. Sie werden von Wind, Wellen, Strömungen in stets neuen Schichtformen umgelagert, bis sie an einem endgültigen Ablagerungsort zur Ruhe kommen. Erst dort werden sie - oft nach langer Zeit und unter dem Druck überlagernder Schichten - durch unterschiedliche Bindemittel zu einem Sedimentgestein verfestigt.

) Leitfossilien: für bestimmte Horizonte bzw. größere zeitliche Einheiten charakteristische Fossilien, die deren relatives geologisches Alter zu bestimmen gestatten. Leitfossilien sollen möglichst kurzlebig, weit verbreitet und faziesunabhängig sein. Die zuverlässigsten Leitfossilien sind aufeinanderfolgende Glieder rasch abwandelnder Entwicklungsreihen (Lehmann 1985).

) Subsidenz: örtliche, regionale oder überregionale Absenkung der Erdoberfläche (Murawski 1983).

Weitere Informationen über Ursachen, Folgen und Wechselwirkungen von Meeresspiegelschwankungen finden Sie auf den Homepages von Prof. Dr. Hartmut Seyfried und Prof. Dr. Reinhold Leinfelderund des Science Magazins