Meeresspiegelanstieg und Megastädte

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, die wiederum überwiegend an Küsten liegen.

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/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 lebten 2015 Dreiviertel der in Überschwemmungsgebieten existierenden 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).

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….).

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….). 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, 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 Industrieanlagen bis in die 1970er Jahre zu einer starken Absenkung (Subsidenz) der Oberfläche, die teilweise bis zu 4,5 m erreichte (Abb. ). Die Folge war, dass 5% des Stadtgebietes unter das Niedrig- und 20% unter das Hochwasserniveau absanken. Teilweise mussten Reisfelder und Wohnhäuser 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

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. 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. 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 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 dann 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 könnte bei einer Sturmflut mit einer Wiederkehrperiode von 1000 Jahren 76% des Stadtgebietes bzw. 4118 km2 mindestens 25 cm unter Wasser gesetzt werden.

Djakarta

Djakarta ist eine der größten an der Küste gelegenen Megastädte der Welt und hat über 10 Mio. Einwohner. Eines der größten Probleme ist die starke Bodenabsenkung, die etwa zwischen 2007 und 2009 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. 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, erhöhen 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 erst in den frühen 2000er Jahren zu größeren Hochwasserproblemen. Bis 2050 könnten 110 km2 von Hochwasser betroffen sein, zu 88% durch Absenkung des Untergrunds und nur in zweiter Linie durch den Meeresspiegelanstieg. 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.). Die Regierung reagierte in jüngster Zeit mit einem Masterplan zum Schutz der Hauptstadt, dessen Umsetzung jedoch weder vorankommt noch für künftige Hochwasserniveaus ausreichen würde. So beschloss die Regierung dann 2019, die Hauptstadt auf die Insel Borneo zu verlegen.

Megastädte und langfristiger Meeresspiegelanstieg

Durch die kumulativen Emissionen von CO2 werden die globalen Temperaturen möglicherweise über Jahrtausende 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 von 4 °C sogar ca. 9 m. Nach dem neuesten Bericht des 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 unmittelbaren Stopp der Emissionen und dem dennoch weiter erfolgenden Meeresspiegelanstieg von 1,9 m würde sich diese Zahl bei gleichbleibender Bevölkerung auf 360 Mio. Menschen erhöhen. 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 auch hier fast ausschließlich um asiatische Metropolen wie Shanghai, Hanoi, Dhaka, Kalkutta, Mumbai, Djakarta u.a.