Meeresspiegelanstieg und Megastädte

Abb. 1: Menschen auf einem überfluteten Marktplatz in Djakarta

Bevölkerungszunahme und Städtewachstum an Küsten

Bevölkerungswachstum, Verstädterung, Wirtschaftsentwicklung und Tourismus haben dazu geführt, dass eine wachsende Zahl von Menschen in niedrigen Küstenzonen unterhalb von 10 m über dem Meeresspiegel leben. 2010 waren davon 11% der Weltbevölkerung bzw. ca. 700 Mio. Menschen betroffen. Diese Entwicklung betrifft sowohl die Entwicklungsländer wie die entwickelten Länder. Neuere Studien projizieren eine Bevölkerungszunahme in niedrigen Küstenzonen unterhalb von 10 m Meeresspiegelhöhe um 85-239 Mio. bis 2100. Bis 2050 werden wahrscheinlich über eine Mrd. Menschen in solchen Küstengebieten leben; danach wird mit einem leichten Rückgang gerechnet. Ein erheblicher Teil dieser Menschen lebt in großen Städten, nicht wenige in sog. Megastädten mit über 10 Mio. Einwohnern (Abb. 2).

Abb. 2: Große Städte der Welt. Die Farben der Staaten geben den Urbanisierungsgrad an. Megastädte mit über 10 Mill. Einwohnern sind in großen roten Kreisen dargestellt; sie liegen besonders im süd-, südost- und ostasiatischen Raum und bevorzugt an Küsten.

Einige der Küsten mit hoher Bevölkerungsdichte zeichnen sich dadurch aus, dass nicht nur der Meeresspiegel ansteigt, sondern sich zusätzlich auch der Boden absenkt. Diese sog. Subsidenz ist in den meisten Fällen auf die hohe Bevölkerungs- und Bebauungsdichte zurückzuführen (s.u.). Zwar sind nur 6,5% der globalen Küsten von solchen Absenkungstendenzen, die vor allem in Deltas vorkommen, betroffen. Auf ihnen leben aber vor allem in großen Städten und Megastädten 147-171 Mio. Menschen bzw. etwa ein Fünftel der global an niedrigen Küsten lebenden Bevölkerung. Vielfach weisen diese Küstenstrecken Absenkungstrends von bis zu 10 mm im Jahr und mehr auf. Das geographische Zentrum dieser Subsidenz-Gebiete mit hoher Bevölkerung ist Süd-, Südost- und Ostasien mit Megastädten wie Djakarta, Bangkok, Manila, Ho Chi Minh City, Shanghai u.a. In den genannten asiatischen Regionen befanden sich 2015 Dreiviertel der in Überschwemmungsgebieten lebenden Bevölkerung der Welt.

Meeresspiegelanstieg und Subsidenz

Nicht nur der Meeresspiegelanstieg und Sturmfluten bedrohen große Küstenstädte durch Überflutungen. Landabsenkungen (Subsidenz) von Küstengebieten bewirken ähnliche Probleme. Die Subsidenz hat sowohl natürliche wie menschliche Ursachen. Als natürliche Ursachen kommen tektonische Bewegungen, Sedimentbelastungen und -verdichtungen in Frage. Ein bekanntes Beispiel für Subsidenz durch Sedimentbelastung ist das Mississippi-Delta. Tektonische Bewegungen können auch zu einem Anstieg der Erdkruste und dadurch zu einem lokalen Absinken des Meeresspiegels führen. So sinkt der Meeresspiegel im nördlichen Ostseeraum um bis zu 10 mm pro Jahr (Meeresspiegelanstieg im Ostseeraum).

Abb. 3: Meeresspiegelanstieg und Subsidenz in städtischen Ballungsräumen

Abb. 4: Subsidenz: Ursachen und Prozesse

Anthropogene Subsidenz entsteht hauptsächlich durch Entnahme von Grundwasser, Öl und Gas. Außerdem spielt die Entwässerung organischer Böden von Feuchtgebieten und Mooren, die Verringerung der Sedimentation durch Dämme und Deiche flussaufwärts (Hochwasser im Mekong-Delta), das Ausbaggern von Sand sowie das Gewicht von schweren Gebäuden und Anlagen eine Rolle. Belastungen durch Gebäude, Infrastrukturanlagen, schwere Brücken etc. haben Verdichtungen der oberen Bodenschichten zur Folge. Die Förderung von Grundwasser und flüssigen und gasförmigen fossilen Brennstoffen, aber auch die Drainage von Oberflächenwasser bewirken eine zunehmende Konsolidierung des Untergrundes (Abb. 4).

Die Absenkung durch menschliche Ursachen kann manchmal erheblich sein. So hat sich in großen Teilen Tokios durch das Abpumpen von Grundwasser und Gas die Bodenoberfläche in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts um 4,5 m abgesenkt. Im nördlichen Djakarta, der Hauptstadt Indonesiens, sank in den 1990er Jahren die Bodenoberfläche um 3-10 cm pro Jahr. In der chinesischen Metropole Shanghai und der thailändischen Hauptstadt Bangkok kam es im 20. Jahrhundert zu Absenkungen von 2-3 m. Die durch Menschen verursachte Subsidenz kann zu einem lokalen Meeresspiegelanstieg führen, der wesentlich höher als der aktuelle Meeresspiegelanstieg durch den Klimawandel ist und gerade in städtischen Ballungsräumen das Dreifache der durch den Klimawandel bewirkten Erhöhung des Meeresspiegels betragen kann (Abb. 3). Der regionale Meeresspiegelanstieg setzt sich dabei aus der Subsidenz und dem globalen Anstieg zusammen. Als Folge von Subsidenz kann es zweierlei Arten von Schäden geben, zum einen zunehmende Hochwasserrisiken und zum anderen Schäden an Gebäuden und Infrastruktur (Brücken, Straßen, Deiche, Gasleitungen etc.).

Einzelne Megastädte

Tokio

Die japanische Metropole Tokio gilt mit 37 Mio. Einwohnern als größte Stadt der Welt. Sie erstreckt sich über die Ebenen mehrerer Flüsse. Im 20. Jahrhundert führte eine extensive Grundwasserentnahme für private Zwecke und Industriebetriebe bis in die 1970er Jahre zu einer starken Absenkung (Subsidenz) der Oberfläche, die teilweise bis zu 4,5 m erreichte. Die Folge war, dass 5% des Stadtgebietes unter das Niedrig- und 20% unter das Hochwasserniveau absanken. Teilweise mussten Reisfelder und Wohngebäude aufgegeben werden. Die Gegenmaßnahmen der japanischen Regierung begannen in den 1960er Jahren und erstreckten sich über zwei Jahrzehnte. Zuvor schon wurden nach stärkeren Überflutungen durch Taifune kleinere Deichanlagen errichtet. Später baute man hochtechnisierte Anlagen zur Drainage, große Pumpstationen und Sperrwerke. Der Bau eines riesigen Entwässerungssystems mit 65 m hohen Tanks und kilometerlangen Tunneln wurde 1993 begonnen, dauerte 15 Jahre und kostete zwei Mrd. Euro. Das System ist auch gegen hohe Niederschläge durch Taifune errichtet worden. Heutzutage leben 1,6 Mio. Menschen, auf diese Weise geschützt, unterhalb des mittleren Meeresspiegelniveaus. Bei einem Versagen der bisherigen Schutzanlagen wären sie extrem gefährdet. Ein neues Deichprojekt mit einer Höhe von 6 m über dem Meeresspiegel soll weiteren Schutz bieten.

Shanghai

Abb. 5: Shanghai: Lage, Höhe über dem Meeresspiegel und Küstenschutz.

Die chinesische Hafenstadt Shanghai ist mit 26 Mio. Einwohnern nach Tokio und Delhi die drittgrößte Stadt der Welt und die größte Stadt Chinas. Sie gilt als eine der durch Küsten-Hochwasser am meisten gefährdeten Megastädte weltweit. Shanghai liegt im Delta des Yangtsekiang und besitzt eine Küstenlinie von 213 km (Abb. 5). Aufgrund seiner niedrigen und flachen Topographie sind 85% des Stadtgebietes durch Tidehochwasser und häufige Sturmfluten, die zumeist eine Folge von zwei- bis dreimal im Jahr auftretenden Taifunen sind, gefährdet. Die Sturmfluten sind gewöhnlich 1 m hoch, die Tide 2-3 m. Taifune sind im ostasiatischen Raum zwischen 1977 und 2014 aufgrund der globalen Erwärmung um 12-15% stärker geworden.

Zunehmend macht sich an den Wasserständen der Küsten Shanghais auch der globale Meeresspiegelanstieg bemerkbar. Während der letzten 30 Jahre ist der absolute Meeresspiegel in Shanghai um 3,8 mm/Jahr angestiegen, was höher als die globale Durchschnittsrate ist. Bis zum Ende des Jahrhunderts wird ein weiterer Anstieg bis zu 90 cm erwartet. Wie Tokio hat Shanghai im 20. Jahrhundert zusätzliche Probleme durch Landabsenkungen gehabt. Zwischen 1921 und 1965 kam es zu Bodenabsenkungen im Stadtgebiet von 2,6 m bzw. bis zu 59 mm jährlich. Hauptgrund war die Grundwasserentnahme für die Bevölkerung und die Industrie. Shanghai ist jedoch wie Tokio ein Beispiel für erfolgreiche Maßnahmen gegen die Subsidenz. Zahlreiche Brunnen im Stadtgebiet wurden seit Ende der 1960er Jahre geschlossen. Die Grundwasserspiegel wurden durch Grundwassererneuerung wiederhergestellt und die Absenkungen durch Grundwasserentnahme aus tieferen Schichten begrenzt, wenn auch nicht vollständig eingestellt. Ein weiterer Grund für die fortgesetzte Subsidenz sind die neu errichteten Wolkenkratzer, die Bodenabsenkungen durch Belastung zur Folge haben. In den 2010er Jahren konnte dennoch die Bodenabsenkung auf 5 mm jährlich limitiert werden.

Bis 2100 ist allerdings mit einer weiteren Bodenabsenkung um ca. 40 cm zu rechnen. Der relative Meeresspiegel, d.h. die Summe aus dem globalen absoluten Meeresspiegelanstieg und den regionalen Landabsenkungen, wird im späten 21. Jahrhundert nach Modellsimulationen bei dem Szenario RCP8.5 um 75-197 cm über den heutigen Werten liegen und auch bei dem mittleren Szenario RCP4.5 noch 63-165 cm erreichen. Da Shanghai zusätzlich extremen Sturmfluten durch Taifune ausgesetzt ist, besteht auf dieser Basis die Gefahr, dass die Hochwasserschutzanlagen nicht standhalten und große Teile der Stadt überflutet werden. So könnten bei einer Sturmflut mit einer Wiederkehrperiode von 1000 Jahren 76% des Stadtgebietes bzw. 4118 km² mindestens 25 cm unter Wasser gesetzt werden.

Djakarta

Abb. 6: Wohnverhältnisse in Djakarta. Links wir die prekäre Lage am Wasser deutlich. Das Haus rechts wurde gegen das Hochwasser angehoben.

Abb. 7: Überflutungen in Djakarta bei fortgesetzter Subsidenz und Meeresspiegelanstieg (oben) und bei einem Stopp der Subsidenz (unten) (übersetzt)

Djakarta gehört ebenfalls zu den größten Küstestädten der Welt und besitzt über 10 Mio. Einwohner. Eines der größten Probleme ist die starke Bodenabsenkung, die zwischen 2007 und 2009 etwa 9,5 bis 21,5 cm pro Jahr betrug. Der Hauptgrund ist die Grundwasserentnahme für den industriellen Gebrauch. Die Folgen sind schwere Schäden an der Infrastruktur und an Gebäuden sowie ein zunehmend größer werdendes überflutetes Gebiet bei Hochwasserereignissen. Große Teile der küstennahen Gebiete liegen jetzt bereits unter dem Meeresspiegel oder nur geringfügig darüber (Abb. 1 und Abb. 6). Wenn die Grundwasserentnahme sich so weiterentwickelt wie bisher, wird Jakarta bis 2100 um weitere 5-6 m absinken. Der Meeresspiegelanstieg und Starkregen, die die 13 Flüsse, die durch Djakarta fließen, anschwellen lassen, verstärken noch die Bedrohung der Stadt und ihrer Bewohner.

Im Gegensatz zu Tokio und Shanghai hat die indonesische Hauptstadt Djakarta auch aktuell noch mit erheblichen Überschwemmungen durch Meeresspiegelanstieg und Bodenabsenkungen zu kämpfen. Hier führten die Subsidenz und eine starke Bevölkerungszunahme zwar erst in den frühen 2000er Jahren zu größeren Hochwasserproblemen. Bis 2050 könnten jedoch 110 km² des Stadtgebietes davon betroffen sein, zu 88% durch Absenkung des Untergrunds und nur in zweiter Linie durch den Meeresspiegelanstieg (Abb. 7). Als Reaktion auf Überschwemmungen in den 2000er Jahren haben die Bewohner der betroffenen Stadtgebiete das Niveau ihrer Häuser angehoben und Dämme aus Steinen und Holz errichtet, um ihre Wohngebiete vor Hochwasser zu schützen (Abb. 6). Die Regierung reagierte in jüngster Zeit mit einem Masterplan zum Schutz der Hauptstadt, dessen Umsetzung jedoch weder vorankommt noch für künftige Hochwasserniveaus ausreichend sein wird. So beschloss die Regierung dann 2019, die Hauptstadt auf die Insel Borneo zu verlegen.

Abb. 6: Durchschnittliche Bodenabsenkung (Subsidenz) in mm/Jahr 2016-2019 in Ho Chi Minh Stadt.

Abb. 7: Ho Chi Minh City und seine Manufakturbetriebe bei einem potentiellen Meeresspiegelanstieg von 2 m.

Ho Chi Minh Stadt

Ho Chi Minh Stadt (früher Saigon) ist mit ca. 9 Mill. Einwohnern (2019) die größte Stadt Vietnams und dessen wirtschaftliches Zentrum. Angesichts des starken Bevölkerungswachstums und zahlreicher nicht registrierter Einwohner kann Ho Chi Minh Stadt ebenfalls als Megastadt gelten. Die Hafenstadt liegt am Nordrand des Mekong-Deltas und am rechten Ufer des Saigon-Flusses und der Mündung des Dong Nai. Durch Subsidenz und Meeresspiegelanstieg ist Ho Chi Minh Stadt eine der am stärksten durch die künftige Entwicklung des Meeresspiegels betroffenen Städte der Welt. Große Teile der Stadt sind auf tiefliegendem Marschland eines komplexen Flussdeltas errichtet. 60% der Stadt liegen unterhalb von 1,5 m über dem Meeresspiegel, 40-45% zwischen 0 und 1 m. 160 km² bzw. 32% des bebauten Gebietes der Stadt sind nahezu regelmäßigen Überschwemmungen ausgesetzt. Bis 2025 könnten es nach Schätzungen sogar 360 km² werden. Nicht selten kommen als unmittelbare Ursache der Überflutungen mehrere Faktoren zusammen: starke Regenfälle besonders während des Sommer-Monsuns, hohe Abflussmengen aus den Stauseen flussaufwärts und Sturmfluten.

Die fortschreitende Bodenabsenkung und der Meeresspiegelanstieg sind jedoch die eigentlichen Ursachen der Hochwasserplage. Bis vor kurzem wurden täglich bis zu 800.000 km³ Grundwasser abgepumpt. Erst in den letzten Jahren hat sich die Grundwasserentnahme durch staatliche Programme etwas stabilisiert. Da Ho Chi Minh Stadt jedoch zu einem großen Teil auf 200 m dicken weichen Tonschichten erbaut wurde, die sich weiterhin setzen, ist damit noch kein Ende der Bodenabsenkung gegeben. Neuere Messungen zwischen 2017 und 2019 zeigen eine mittlere Rate der Bodenabsenkung von 3,3 mm/Jahr bei maximalen örtlichen Raten von 5,3 cm jährlich (Abb. 6). Hinzu kam ein Meeresspiegelanstieg von 20 cm über die letzten 50 Jahr gekommen, durch den die Stadt aufgrund ihrer küstennahen Lage ebenfalls stark gefährdet ist. Bis 2050 kann man damit rechnen, dass das Hochwasserniveau um mindestens weitere 16 cm, im Extremfall sogar bis zu 1,60 m steigen wird (Abb. 7).

Die lokale Bevölkerung hat gegen die Hochwasserprobleme mit Pumpen, Dämmen und Umbauten an Wohn- und Betriebsgebäuden informelle Maßnahmen ergriffen. Die Maßnahmen der Regierung kommen nur zögerlich voran und sind mit der Bevölkerung nicht abgestimmt. Einige Eingriffe wie die Erhöhung des Niveaus von Straßen sind sogar kontraproduktiv, da das Wasser nun vermehrt in die Häuser läuft und die Bewohner zwingt, ihre Behausungen über das Straßenniveau umzubauen.

Megastädte und langfristiger Meeresspiegelanstieg

Durch die kumulativen Emissionen von CO₂ werden die globalen Temperaturen möglicherweise über Jahrhunderte ihren maximalen Wert beibehalten, auch wenn die Emissionen Netto-Null erreichen. Gründe sind die lange Verweildauer von der Hälfte des emittierten Kohlendioxids in der Atmosphäre, der langsame Wärmeaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre, Rückkopplungen wie die Albedo-Verringerung, die die Erwärmung verstärken, und die Methan-Freisetzung aus dem tauenden Permafrost. Da die großen Eisschilde Grönlands und der Antarktis noch verzögerter auf die Erwärmung reagieren als die erwähnten Prozesse, wird der Meeresspiegelanstieg noch wesentlich länger anhalten. Die kumulativen Emissionen während der nächsten Jahrzehnte werden daher für tief liegende Städte langfristige Meeresspiegelanstiege über Jahrhunderte bis Jahrtauende zur Folge haben.

Nach bisherigen Schätzungen wird eine 1 °C Erwärmung in diesem Jahrhundert zu einem langfristigen Meeresspiegelanstieg in späteren Jahrhunderten von über 2 m führen. Selbst wenn es ab 2020 netto keine weiteren Emissionen mehr geben würde, wäre langfristig noch ein Meeresspiegelanstieg von 1,9 m möglich. Hauptbeteiligt wäre daran der Antarktische Eisschild mit 1,2 m. Bei einer Erwärmung um 1,5 °C, wie im Pariser Klima-Abkommen gefordert, wären es ca. 3 m und bei einer ungebremsten weiteren Erwärmung um 4 °C sogar ca. 9 m. Nach dem neuesten Bericht des Weltklimarates IPCC (AR6 2021) würde je nach Szenario bis 2300 ein Anstieg von 3-7 m im Bereich der Möglichkeiten liegen. Nach anderen Berechnungen könnte der Meeresspiegelanstieg in den nächsten 2000 Jahren sogar 11 m betragen.

Tiefliegende Küstengebiete sind zumeist dicht bevölkert und beherbergen zahlreiche große Städte. Bei einem theoretischen unmittelbaren Stopp der Emissionen und dem dennoch weiter erfolgenden Meeresspiegelanstieg von 1,9 m würden bei gleichbleibender Bevölkerung etwa 360 Mio. Menschen unterhalb des neuen Meeresspiegelniveaus leben. Bei einer Erwärmung um 2 °C und einem Meeresspiegelanstieg um 4,7 m wären es über 700 Mio. und bei 4 °C und 10,8 m bis zu einer Mrd. Menschen. Betroffen wären mit 75% der global gefährdeten Bevölkerung vor allem Länder in Ost-, Südost und Süd-Asien. In Bangladesch und Vietnam wären es sogar die Hälfte der jeweiligen Gesamtbevölkerung. In diesen Ländern sind die meisten Menschen vor allem in städtischen Agglomerationen und besonders in Megastädten mit einer Bevölkerung von über 10 Mio. Einwohnern gefährdet. Dabei handelt es sich fast ausschließlich um asiatische Metropolen wie Shanghai, Hanoi, Dhaka, Kalkutta, Mumbai, Djakarta u.a.