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5 Die Küsten – ein wertvoller Lebensraum unter Druck

Meeresspiegelanstieg begegnen

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Andere Küsten, andere Maßnahmen

Wie die belgischen und niederländischen Experten betonen, ist das „Bauen mit der Natur“ sowohl in Flussmündungen oder Deltas als auch an Sandküsten möglich. Letztere sind vor allem durch die Erosion betroffen, die sich im Zuge des Klima­wandels durch häufigere oder höhere Sturmfluten noch verstärken könnte. Liegt Bebauung vor, können Gebäude beschädigt oder auf Dauer zerstört werden. Viele Sandküsten werden deshalb mit massiven Schutzbauten geschützt. Dazu gehören insbesondere Steinbuhnen, die wie lange Finger vom Ufer ins Meer hinausragen und die Wasserströmung am Ufer deutlich verringern. Diese Buhnen verhindern, dass bei starkem Wellengang Material von der Küste erodiert wird. Das birgt aber zugleich ein Problem, sofern die Hauptströmung parallel zur Küste verläuft. Normalerweise lagert sich Sediment, das an einem Ort abgetragen wird, an anderer Stelle wieder an. Es steht also dem Schutz der sandigen Küste an anderer Stelle wieder zur Verfügung. Wird dieser natürliche Sedimenttransport durch Buhnen unterbunden, können andere Küstenabschnitte ihrerseits stärker erodieren, weil der Nachschub ausbleibt. Durch den Bau von Buhnen kann es also an anderer Stelle zu einem Mangel an Sediment und zu einem langsamen Verlust von Stränden und Schutzdünen kommen.

Künstliche Insel als Sedimentspender

An vielen Küsten weltweit müssen Strände nach der Sturmsaison durch künstliche Aufspülungen wiederhergestellt werden. Dabei wird meist über Rohrleitungen Sand vom tieferen Meeresboden ans Land gepumpt oder der Sand mit Schiffen heran­trans­portiert. Diese regel­mäßigen Strandaufspülungen sind eine akzeptierte, aber aufwen­dige und teure Küstenschutzmaßnahme. In den ­Flächen, in denen der Sand abgebaut beziehungsweise aufgespült wird, kann es zudem zu Störungen der Lebens­ge­mein­schaften kommen. Im Rahmen der „Bauen mit der Natur“-Initiative wurde deshalb ein Pilotprojekt gestartet, das die Erosionsproblematik an einem 17 Kilometer langen Küstenstreifen der Niederlande auf andere Weise lösen soll. Dazu wurde eine hakenförmige Halbinsel mit einem Volumen von 21 Millionen Kubikmetern aufgespült. Mit einer solchen Menge Sand könnte man etwa 60 Fuß­ballfelder 50 Meter hoch bedecken. Die künstliche Insel fungiert als natürliches Sanddepot, das durch Wellen, Ge­zeitenströme und den Wind über mehrere Jahrzehnte abgetragen wird und den Stränden an dem 17 Kilometer langen Küstenabschnitt permanent frisches Sediment zum Ausgleichen der Erosion liefert. Diese Maßnahme erspart nicht nur den Bau neuer massiver Buhnen, sondern auch jährliche Aufspülungen an vielen Orten entlang der Küste. Dank dieser einmaligen Aufspülung entfallen zudem über einen langen Zeitraum die ständigen Störungen des Ökosystems durch jährlichen Sandab­bau.
4.21 > Seit 2013 wird bei New Orleans Sand aus dem Missis­sippi über eine mehr als 20 Kilometer lange Rohrleitung in das Delta gepumpt. So entstehen Sandbänke, auf denen sich mehrere Quadratkilometer große Salzwiesen entwickeln. Diese wirken als natürlicher Küstenschutz.
Abb. 4.21: Seit 2013 wird bei New Orleans Sand aus dem Mississippi über eine mehr als 20 Kilometer lange Rohrleitung in das Delta gepumpt. So entstehen Sandbänke, auf denen sich mehrere Quadratkilometer große Salzwiesen entwickeln. Diese wirken als natürlicher Küstenschutz. © Patrick M. Quigley/www.gulf coastalairphoto.com/Coastal Protection and Restoration Authority
Im Mississippidelta vor der Küste des US-Bundesstaats Louisiana sind natürliche Küstenschutzmaßnahmen von noch größeren Dimensionen geplant. Das Delta ist stark von Überschwemmungen und Erosion betroffen, weil aufgrund von Staustufen entlang des Flusses heute kaum mehr Sediment aus dem Fluss ins Delta gelangt. In einem Großprojekt, das mehr als 100 Einzelmaßnahmen vorsieht, soll das Delta wieder wachsen und die Gefahr von Überflutungen verringert werden.
Seit 2013 wird zum Beispiel über eine mehr als 20 Kilometer lange Pipeline Sand hinaus ins Delta transportiert. Dieser wird mit Baggerschiffen im Mississippi gewonnen und von Bord der Schiffe direkt in die Pipeline gepumpt. Dadurch werden ökologisch wertvolle Sandbänke geschaffen, auf denen sich in den kommenden Jahrzehnten mehrere Quadratkilometer große Salz­wiesen entwickeln, die als natürlicher Küsten­schutz wirken. Konkret sollen somit Orte südlich von New Orleans vor Über­flu­tungen geschützt werden. An anderen Stellen entlang der Küste Louisianas werden derzeit durch Baggerarbeiten Dünen wiederhergestellt und Strände verbreitert.

Muscheln schützen Küsten

Eine weitere ökosystembasierte Küstenschutzmaßnahme, die in Louisiana, in den Niederlanden und auch an anderen Küsten zum Einsatz kommt, ist die Schaffung von Austernbänken vor der Küste. Diese wirken wie ein natürlicher Wellenbrecher, der der Brandung bei Sturmfluten einen großen Teil der Energie nimmt, ehe diese das Ufer erreicht. Der Vorteil der Austernbänke besteht darin, dass sich diese von selbst erhalten, weil sich in jedem Jahr junge Muschellarven ansiedeln. Künstliche Wellen­brecher hingegen müssen regelmäßig gewartet und ausgebessert werden. Für die Ansiedlung der Austernbänke werden in vielen Fällen Drahtkörbe mit leeren Musch­el­schalen auf den Meeresboden gesetzt. Diese Muscheln bieten frei­schwim­menden Muschellarven einen festen Untergrund, auf dem sie sich ansiedeln und zu ausge­wachsenen Muscheln entwickeln. Da sich von Jahr zu Jahr neue Larven ansiedeln, entsteht nach und nach ein Riff.

Der ökosystembasierte Ansatz – ein Trend mit Zukunft

Das niederländische „Bauen mit der Natur“-Konzept gilt inzwischen in vielen Ländern als Vorbild für einen naturnahen Schutz vor Sturmfluten und Binnenhochwasser. International spricht man heute von Ecosystem-based Coastal Defence (öko­sys­tem­basierter Küstenschutz). In Deutschland beispielsweise hat man an der Elbe im Süden der Stadt Hamburg in einem großen Pilotprojekt einen Deich zurückverlegt, um dort den Kreetsand-Polder zu schaffen. Dieser Polder soll das Umland vor Überflutungen durch Binnenhochwasser schützen, die nach lang anhaltenden Regenfällen auftreten. Dieses Projekt ist bemerkenswert, denn in Deutschland und auch vielen anderen Ländern gibt es trotz der Großprojekte in den Nieder­landen durchaus Vorbehalte gegen einen ökosystem­basierten Küstenschutz. Denn noch haben Fachleute erst relativ wenig Erfahrung mit solchen alternativen Maßnahmen. Noch ist zu wenig über die Schutzwirkung und Dauerhaftigkeit bekannt. Zudem fehlt es an Standards zum Bau und Management ökosystembasierter Alter­nativen. Daher vertraut man bislang eher dem klassischen Küstenschutzansatz mit starren Schutzbauten. Schließlich ist das Wissen über das Design und den Bau klassischer Küstenschutzanlagen wie etwa Deichen oder Flutwehren über viele Jahrzehnte gewachsen. Man hat aus Flut­katas­tro­phen gelernt, wie diese Bauwerke gestaltet sein müssen, damit sie auch bei schweren Sturmfluten einen ausreichenden Schutz bieten.

Alternativer Küstenschutz im Praxistest

Um die Zuverlässigkeit von ökosystembasierten Lösungen in der Praxis besser ein­schät­zen zu können, gibt es aktuell mehrere Testprojekte. Auf der indonesischen Insel Bali beispielsweise wird eine ökosystembasierte Konstruktion mit einem klas­sischen, „harten“ Küstenschutzbau ver­glichen. Bali ist für Touristen aus aller Welt ein beliebtes Ferienziel, das sich vor allem durch seine weiten Strände und das klare Wasser auszeichnet. Der Erhalt der Schönheit und Unversehrtheit der Küsten ist daher von hoher wirtschaftlicher und sozialer Bedeutung.
Im konkreten Projekt geht es darum, einen Küsten­abschnitt an der von Erosion betrof­fenen Südseite Balis zu schützen. Hier trägt starker Wellengang viel Sediment fort, und an frischem Sediment herrscht Mangel, weil die Region von felsigen Halbinseln eingerahmt ist, die den Transport von Sediment verhindern. In einer Kooperation von Küstenvingenieuren aus Europa, lokalen Behörden und der Bevöl­kerung vor Ort wird nun eine neu geschaffene Schutz­konstruktion aus Bambus­pfählen und Kokos­faser­matten mit der Wirkung einer vor Kurzem erbauten, knapp 2 Meter hohen Schutz­mauer aus Beton verglichen. Da von anderen Küsten­abschnitten Balis bekannt ist, dass starre Schutzwände die Erosion verstärken können, weil sie die Brandung und den Wellenablauf verändern, will man jetzt herausfinden, ob die Konstruktion aus natürlichen Materialien besser geeignet ist, den Strand vor weiterem Abbruch bei starker Brandung zu schützen. Die Konstruktion besteht aus einer Reihe von Bambuspfählen, hinter die Kokosmatten auf dem Strand ausgerollt werden. Damit sie nicht fortgespült werden, werden die Matten hinter den Pfählen in den Sand einge­gra­ben und anschließend mit kleinen Setzlingen eines einheimischen Dünen­grases bepflanzt, die im Laufe der Zeit ein dichtes Wurzel­geflecht bilden und die Konstruktion stabilisieren sollen.
4.22 > Während man beim klassischen Küstenschutz Deiche oder andere künstliche Bauwerke im Zuge des Klimawandels erhöhen muss, schöpft man beim ökosystembasierten Küsten­schutz das ­natürliche Potenzial des Küstenraums aus. Statt mit immer höheren Deichen (A) dem Wasser Grenzen zu setzen, kann man in Mündungs­gebieten dem Meer durch den Bau von Poldern mehr Raum gegeben (B). Sandküsten können statt durch Buhnen und Strandmauern (C) zukünftig durch das Aufspülen von Depots (D) geschützt werden, die Küstengebiete über Jahrzehnte mit Sand versorgen.
Abb. 4.22: Während man beim klassischen Küstenschutz Deiche oder andere künstliche Bauwerke im Zuge des Klimawandels erhöhen muss, schöpft man beim ökosystembasierten Küstenschutz das ­natürliche Potenzial des Küstenraums aus. Statt mit immer höheren Deichen (A) dem Wasser Grenzen zu setzen, kann man in Mündungsgebieten dem Meer durch den Bau von Poldern mehr Raum gegeben (B). Sandküsten können statt durch Buhnen und Strandmauern (C) zukünftig durch das Aufspülen von Depots (D) geschützt werden, die Küstengebiete über Jahrzehnte mit Sand versorgen. © nach Temmermann

Ein solcher direkter Vergleich zwischen einer klassischen und einer öko­system­ba­sier­ten Konstruktion bezüglich Leistungsfähigkeit und Schutzwirkung ist für die Insel Bali neu. Da die Bambus-Kokosfaser-Konstruk­tion erst in jüngster Zeit fertiggestellt worden ist, liegen noch keine Erkenntnisse darüber vor, wie leistungsfähig sie ist. Sollte sich der Schutz aus Bambus und Kokosfasermatten allerdings bewähren, hätte das folgende Vorteile:
  • Kostenersparnis: In der Vergangenheit wurden für den Bau von Küsten­schutz­anlagen aus Beton Spezialisten und Arbeiter nach Bali eingeflogen. Das verur­sachte sehr hohe Kosten. Die Konstruktion aus Bambus und Kokos­fasern ist günstiger als ein Bauwerk aus Beton.
  • Expertise vor Ort: Bislang fehlte es an Spezialisten vor Ort, die die Betonbauwerke regelmäßig prüfen und warten, weshalb diese an vielen Stellen schadhaft sind. Beim Bau der Anlagen aus Bambuspfählen und Kokosfasermatten hingegen helfen Einheimische mit. Diese verfügen damit auch über das nötige Wissen, um die Anlagen instand zu halten.
  • Nutzung einheimischer und nachwachsender Ressourcen: Bambus und Kokos­fasern sind traditionelle, nachwachsende Materialien, die vor Ort gewonnen werden. Lange Transportwege entfallen.
  • Schaffung von Arbeitsplätzen: Durch den Bau und die Wartung der natürlichen Küstenschutzanlagen entstehen vor Ort Arbeitsplätze.
  • Identifikation mit dem Küstenschutz: Da die Einheimischen den Küstenschutz selbst errichten, entsteht eine andere Beziehung zum Bauwerk und ein Gefühl der Verantwortung für dessen Erhalt. Bei Konstruk­tionen, die von Fremdfirmen errichtet werden, wird die Pflege des Bauwerks oft vernachlässigt.
Weltweit gibt es inzwischen eine ganze Reihe weiterer Projekte für einen öko­system­basierten, „weichen“ Küstenschutz, die bereits umgesetzt wurden oder aktuell in der Planung sind. Experten für ökosystembasierten Küstenschutz empfehlen, neue Projekte zunächst in kleinen Pilotmaßnahmen zu testen und deren Eignung und Auswirkungen von interdisziplinären Teams aus Ingenieuren, Landschaftsplanern und Sozialwissenschaftlern zu prüfen. Insbesondere ist vorab zu untersuchen, inwieweit die Bevölkerung den Küstenschutz akzeptiert. Vor der Schaffung von Poldern etwa müssen vor allem die Besitzer und Nutzer der Flächen einbezogen werden. Wenn die Pilotprojekte erfolgreich sind, sollten die neuen Ideen dann Schritt für Schritt in größere Projekte überführt werden.

Seegras – eine Pflanze mit Potenzial

Eine neue Idee für den Küstenschutz, die in den nächsten Jahren in Pilotprojekte münden soll, ist die Ansiedlung von Seegraswiesen. Seegräser wachsen länglich und krautartig und ähneln damit den Gräsern an Land. Zudem bilden sie – anders als Tange, die sich zumeist am festen Untergrund anheften – Wurzeln aus, dank derer sie starken Wellenbewegungen widerstehen und das Sediment vor Belastungen und sukzessivem Abtrag schützen können. Sind Korallenriffe und Mangroven seit Langem als natürliche Wellenbrecher bekannt, so wurde die Bedeutung von Seegraswiesen für den Küstenschutz hingegen erst in den letzten Jahren deutlich, nachdem sie in vielen Küstenregionen abgestorben waren. Gründe dafür sind die Wasserverschmutzung und in überdüngten Gebieten das starke Algenwachstum, das zur Trübung des Wassers führt. Wo heute das Seegras fehlt, wird jetzt häufig verstärkt Sediment abgetragen. Neues Seegras siedelt sich kaum wieder an. Keimlinge finden keinen Halt mehr, weil in den kahlen Bereichen die Strömung zu stark ist.
Ein internationales Forscherteam aus Küsteningenieuren, Geoökologen und Materialwissenschaftlern arbeitet deshalb an Methoden, um die Ansiedlung von Seegras zu erleichtern. Sie entwickeln Kunststoffmatten aus künstlichem Seegras, die sie künftig am Meeresboden auslegen wollen. Das künstliche Seegras soll die Wasserströmung so weit reduzieren, dass sich wieder Seegraskeimlinge ansiedeln können. Zudem sind diese Matten so luftig gewebt, dass der Meeresboden darunter nicht hermetisch abgeriegelt wird und keine Organismen absterben. Während die Materialforscher die geeignete Kunststoffrezeptur für den Einsatz im Meerwasser entwickeln, führen die Ingenieure aktuell Experimente im Strömungskanal einer Hochschule durch. Mit diesen Experimenten wird man erstmals exakt quantifizieren können, wie stark die dämpfende Wirkung von Seegraswiesen im Hinblick auf den Küstenschutz ist. Auch will man herausfinden, wie schnell sich Seegraskeimlinge ansiedeln.

Salzwiese und Deich im Wellenkanal

Wie beim Seegraskonzept ist heute auch bei einigen an­deren ökosystembasierten Küstenschutzlösungen noch nicht genau ermittelt, wie stark deren Schutzwirkung ist. Eine solche Quantifizierung ist wichtig, um einschätzen zu können, inwieweit sie künftig in der Lage sind, den klassischen Küstenschutz zu ergänzen oder gar zu ersetzen. So sind Salzwiesen, die an vielen Stellen entlang der Nordseeküste vor den Deichen liegen, zwar bekannt dafür, dass sie bei Sturmflut auflaufende Wellen bremsen. In welchem Maße dies allerdings geschieht, weiß man nicht genau. So hat man noch nicht ermessen können, wie groß die Schutzwirkung dicht bewachsener Salz­wiesen ist, wenn die Halme der Gräser durch die Wellen brechen. Für entsprech­ende Messungen wurde nun vor Kurzem ein echtes Stück Salzwiese im Wattenmeer abgetragen und in einem 300 Meter langen Wellenkanal starker Bran­dung ausgesetzt. Wie sich zeigte, verringerte sich die Schutzwirkung kaum, wenn die Halme brachen.
4.23 > In einem Wellenkanal wurde erstmals genau vermes­sen, wie gut Salzwiesen mit hohem Bewuchs die Brandung dämpfen können.
Abb. 4.23: In einem Wellenkanal wurde erstmals genau vermessen, wie gut Salzwiesen mit hohem Bewuchs die Brandung dämpfen können. © Dr. Iris Möller, Cambridge Coastal Research Unit, Department of Geography, University of Cambridge
Bis heute gilt als Regel im Küstenschutz, die Grasnarbe von Deichen durch Schaf­be­wei­dung möglichst kurz zu halten. Zum einen wird durch den Tritt der Hufe der Boden verfestigt, sodass die Deiche bei Überflutung nicht aufweichen. Zum anderen soll durch die Beweidung verhindert werden, dass krautige Pflanzen in die Höhe wachsen. Wellen könnten sonst Pflanzenbüschel ausreißen, wodurch Löcher im Deich entstünden, die durch den Wellenschlag vergrößert würden. Im Extremfall könnte dies zu Deichbrüchen führen.
Erstmals untersuchen Küsten­ingenieure, inwieweit Deiche künftig mit verschiedenen Blütenpflanzen begrünt werden könnten, um damit artenreiche Wiesenbiotope zu schaffen. In einem Wellenbecken wird daher jetzt ein Deich in Originalgröße nach­ge­baut, der mit verschiedenen Mischungen aus Wildblumen begrünt werden soll. Um herauszufinden, welche Pflanzenmischung ein dichtes Wurzelwerk bildet, das die Grasnarbe festigt, und welche Wildblumen dauerhaft Überflutungen mit Salzwasser ertragen, werden sogar Sturmfluten simuliert.

Eine Synthese aus Alt und Neu

Bevor ökosystembasierte Maßnahmen als Alternativen im Küstenschutz breite Akzeptanz finden, werden weiter derartige Untersuchungen nötig sein. Ungeachtet dessen wird man den Herausforderungen, die der steigende Meeresspiegel mit sich bringt, künftig am besten mit einer Kombination aus dem ökosystembasierten und dem klassischen Küstenschutz begegnen. In den Niederlanden und Deutschland wird man beispielsweise nicht vollständig auf Deiche verzichten können.
Klar ist aber auch, dass beispielsweise durch Deiche kanalisierte Flussmündungen allein künftig keinen ausreichenden Schutz mehr werden bieten können. Das zeigen auch mathematische Modellrechnungen eines Teams australischer, deutscher und US-amerikanischer Forscher, die berechneten, wie sich die Wellendynamik verändert, wenn das Wasser durch den Meeresspiegelanstieg höher aufläuft. Unter der Annahme, dass die Watten nicht proportional zum Anstieg des Meeresspiegels mitwachsen werden, stellten sie fest, dass die Wellen nicht nur um den Betrag des Meeresspiegelanstiegs an Höhe gewinnen. Vielmehr wächst ihre Höhe über­pro­por­tional. Das liegt daran, dass die Bodenreibung geringer wird, wenn das Wasser höher steht. Die bremsende Wirkung des Untergrunds lässt also nach.
Beunruhigend ist, dass dieser Effekt bereits deutlich zum Tragen kommt, wenn der Meeresspiegel nur um wenige Zentimeter höher ist. Wellen könnten aufgrund dieses Effektes um bis zu 56 Prozent höher auflaufen. Einen solchen Effekt berücksichtigt man bisher bei der Berechnung der Höhe von Küstenschutzbauten nicht. Derzeit wird lediglich der Betrag, um den der Meeresspiegel künftig voraussichtlich steigen wird, als Sicherheitsaufschlag in die Bauplanung einbezogen. >
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