Im Jahr 1914 wird in Dalj im Osten des heutigen Krotatiens ein Mann verhaftet. Er hatte in einem früheren Krieg als Soldat für das serbische Militär gekämpft und die Streitkräfte Österreich-Ungarns wollen ihn nun daran hindern, im kurz zuvor ausgebrochenen Weltkrieg zu kämpfen. Doch das hatte er ohnehin nicht vor: In seinem erzwungenen Exil in Budapest wird er in den kommenden vier Jahren fernab des Kriegsgeschehens eine Theorie ausarbeiten, die erstmals die Sphären des Himmels mit dem Klima der Erde verbinden wird. Er wird drei Phänomene entschlüsseln, die wir heute als Milanković-Zyklen kennen, benannt nach dem serbischen Mathematiker Milutin Milanković.

Karl erzählt in dieser Podcastfolge, welches Problem Milanković zu lösen versuchte: Schon ein Jahrhundert zuvor hatten Geologen erkannt, dass das Klima der Welt nicht immer so gewesen war wie in der Gegenwart. Im Jahr 1837 gab der Schweizer Naturforscher Louis Agassiz deshalb bekannt, dass in Europa in grauer Vorzeit eine Eiszeit geherrscht haben müsse. Riesige Gletschermassen hätten sich nicht nur über den gesamten Alpenraum ausgebreitet, sondern auch weite Teile Europas bedeckt.

In den folgenden Jahrzehnten erhärtete sich die Hypothese von Agassiz. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden heraus, dass es sogar mehrere Eiszeiten gegeben haben musste, die von Zeiten wärmeren Klimas unterbrochen waren, die unserer heutigen Welt glichen. Doch warum dieser Wechsel von Kalt- und Warmzeiten überhaupt stattfand, dafür gab es viele Hypothesen und nur wenig Konsens. Das Eiszeit-Problem war jahrzehntelang in der Welt, ohne dass die Wissenschaft einer Lösung näherkam.

Von Anfang an waren Unregelmäßigkeiten der Erdbahn und andere astronomische Ursachen im Gespräch, aber bei den meisten Geologen nicht hoch im Kurs. Zu fern schien der Lauf der Planeten, zu unwahrscheinlich, dass sie die Kraft der Sonnenstrahlung auf der Erde ausreichend stark verändern würden. Erst Milutin Milanković änderte diese Sichtweise: Er nutzte genauere astronomische Daten und die bekannten physikalische Gesetze seiner Zeit, um zu berechnen, wie die Sonne auf das Klima der Erde auf unterschiedlichen Breitengraden wirkt. Hatte dieser serbische Mathematiker endlich das Eiszeit-Problem gelöst?

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

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Quelle: GFZ 29. Mai 2024.

29. Mai 2024 – Als Ursache für zahlreichere und stärkere Erdbeben sehen die Forschenden den mit dem Klimawandel fortschreitenden Anstieg des Meeresspiegels weltweit, der in der Fachwelt unstrittig ist und jährlich vom Weltklimarat IPCC prognostiziert wird, sowie die zunehmende Stärke von extremen Wetterereignissen wie Stürmen. Beides erhöht den mechanischen Druck im Gefüge tektonischer Platten und führt zu Änderungen in den seismischen Zyklen – mit steigender Erdbebengefahr insbesondere in den Küstenregionen der Welt.

Hintergrund: Entstehung von Erdbeben
Erdbeben entstehen durch das plötzliche, ruckartige Verschieben von Gesteinsmassen im Untergrund. Dabei wird Energie in Form seismischer Wellen freigesetzt, die sich vorher durch die großräumige kontinuierliche Verschiebung und gleichzeitigem Verhaken der Erdplatten über lange Zeiträume aufgestaut hat. Dieser Ladeprozess schreitet solange fort, bis die Festigkeit des Gesteins überschritten wird und das Gestein an irgendeiner Stelle nachgibt, bricht und rutscht. Danach startet der Ladeprozess von neuem und bildet so einen wiederkehrenden Kreislauf von laden und entladen auf sogenannten tektonischen Störungen. Man nennt dies einen seismischen Zyklus. Je nach den geologischen Randbedingungen kann er Jahre, Jahrzehnte oder Jahrhunderte lang sein.

Einfluss des menschengemachten Klimawandels
Durch den menschengemachten Klimawandel und die damit verbundene Erwärmung der Atmosphäre schmilzt das Festlandeis, im Wesentlichen in der Antarktis und auf Grönland. In der Folge steigt weltweit der Meeresspiegel und dieser Prozess beschleunigt sich ständig. Betrug die Rate zwischen 1901 und 1990 noch 1,4 Millimeter pro Jahr, waren es zwischen 1970 und 2015 schon 2,1 und zwischen 2006 und 2015 bis zu 3,6. Gegenüber dem Zeitraum 1986 bis 2000 wird der Meeresspiegel dem IPCC-Bericht 2023 zufolge im Jahr 2100 im Mittel zwischen 0,43 und 0,84 Meter steigen. Bei Abschmelzen allen Landeises sagen Expert:innen langfristig sogar einen Anstieg um etwa 70 Meter voraus. Ob es zu diesem Extrem-Szenario kommen wird, hängt wesentlich von der Einhaltung der Klimaziele und damit der weiteren Emission von Treibhausgasen ab. Fest steht: Auch bei strikter Reduktion werden die oben beschriebenen Effekte noch Jahrhunderte andauern. Hinzu kommt eine wachsende Häufigkeit von Extremwetterereignissen, insbesondere von starken Stürmen.

Steigendes Erdbebenrisiko
Diese Entwicklungen haben auch Auswirkungen auf das Erdbebenrisiko. Denn ein höherer Meeresspiegel bedeutet eine größere Last auf dem Untergrund, die dort zu Drucksteigerungen führt. Das beeinflusst die Erdbebenzyklen an allen von Meerwasser bedeckten und küstennahen Orten der Welt und führt dort zu einem höheren Erdbebenrisiko. Ähnliche Druckänderungen werden auch durch zunehmend stärkere Extremwetterereignisse wie Stürme hervorgerufen.

Prof. Marco Bohnhoff, Leiter der GFZ-Sektion 4.2 „Geomechanik und Wissenschaftliches Bohren“ und Hauptautor der Studie, erläutert: „Bereits Meeresspiegelschwankungen von nur wenigen Dezimetern reichen aus, um Erdbeben auszulösen. Das können wir aus einer Vielzahl von Beobachtungen ableiten, zum einen von menschengemachten, meist harmlosen kleineren Erdbeben, die bei Wasserinjektionen zur Öl-, Gas-, oder Erdwärmeförderung auftreten, aber auch durch Seismizitätsschwankungen, die unter Stauseen und durch Ebbe und Flut verursacht werden.“

Problemregionen: die Küsten der Welt
Die stärkere seismische Gefährdung aufgrund des Klimawandels ist besonders in den Küstenbereichen problematisch. Dort liegen viele kritische Bruchzonen sowie auch Subduktionszonen, bei denen eine Erdplatte unter die die andere taucht. Und dort leben bereits heute 40 Prozent der Weltbevölkerung, zumeist in stark wachsenden Mega-Cities. Bekannte gefährdete Regionen sind zum Beispiel San Francisco und Los Angeles, Istanbul und Tokio-Yokohama, insbesondere aber auch viele wachsende Millionenstädte in Entwicklungsländern. Nicht überall ist die Gefährdungslage gut bekannt, weil die seismischen Zyklen teils länger sind als die Siedlungsgeschichte.

Bohnhoff: „Problematisch ist, dass es weltweit eine große Anzahl von Störungen gibt, die kurz vor dem Ende ihres seismischen Zyklus‘ stehen. Bei diesen reichen dann kleine zusätzliche Spannungen, um quasi die natürliche seismische Uhr vorzustellen und das Gestein bereits früher zum Versagen zu bringen. Dies geschieht durch steigende Meeresspiegel oder auch stärkere Stürme. Nach unseren Berechnungen wird das dann insbesondere küstennahe Bereiche und damit auch Städte und Infrastruktur treffen.“ Allerdings ist heute noch nicht vollständig bekannt, wo überall kritische Störungen liegen.

Dr. Patricia Martínez-Garzón, Arbeitsgruppenleiterin am GFZ und Mitautorin der Studie ergänzt: „Zudem können dann diese Erdbeben auch Sekundäreffekte wie etwa Hangrutschungen und Bodeninstabilitäten durch sogenannte Verflüssigung weicher Böden bewirken und damit die menschengemachten Georisiken zusätzlich verstärken. Diese Thematik klimawandelbedingt auftretender Erdbeben sollte in der nächsten Generation seismischer Gefährdungskarten Berücksichtigung finden.“

Weiterer Forschungsbedarf
Wie sich diese Effekte in den unterschiedlichen Erdbebenzonen der Welt konkret auswirken werden, ist allerdings vielfach noch unzureichend erforscht und von vielfältigen Faktoren abhängig. Dazu gehören die Geometrie der Verwerfungen, die lokalen tektonischen und Druck-Bedingungen sowie die Eigenschaften des Gesteins wie Permeabilität, Festigkeit und Rissausbreitung.

Die Studie macht daher auch Vorschläge zu einer besseren quantitativen Erfassung der zu erwartenden seismischen Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs oder durch Extremwetterereignisse.

Prof. Yehuda Ben-Zion von der University of Southern California in Los Angeles und Ko-Autor der Studie sagt dazu: „Wir planen, gezielt Bereiche starker Abschmelzung etwa auf Grönland oder einzelne Gletscher mikroseismisch zu überwachen, um dann Analogien zur skandinavischen Landmasse ziehen zu können, um die Prognosen zu verbessern.“

In Skandinavien hat der Prozess des Abschmelzens von Landeismassen seit der letzten Eiszeit schon stattgefunden. Dies hat dort auch zu – teils sehr starken – Erdbeben geführt. Allerdings ohne, dass es dort Millionenstädte oder kritische Infrastruktur gab, im Gegensatz zu den in der Zukunft betroffenen, besiedelten Küstenbereichen weltweit.

Ausblick: Menschengemachten Temperaturanstieg mindern und Erdbebenüberwachung und -vorsorge verbessern
Nach Ansicht der Forschenden verstärkt das aus dem menschengemachten Klimawandel resultierende wachsende seismische Risiko, das zu den bereits bekannten direkteren Gefahren und Risiken der globalen Erwärmung hinzukommt, die Notwendigkeit, den anthropogenen globalen Temperaturanstieg zu mindern und in eine verbesserte Erdbebenüberwachung und eine widerstandsfähigere Infrastruktur zu investieren.

Bohnhoff: „Die Klimaauswirkungen auf kaskadierende Erdbebengefahren, einschließlich ausgelöster Erdrutsche, Tsunamis und Verflüssigung, sollten bei der Entwicklung von Plänen zur Minderung des Erdbebenrisikos berücksichtigt werden.“ Dies sei besonders wichtig für Küstenregionen, einschließlich Megastädte und kritischer Infrastrukturen.

Originalpublikation:
Marco Bohnhoff, Patricia Martínez‐Garzón, Yehuda Ben‐Zion; Global Warming Will Increase Earthquake Hazards through Rising Sea Levels and Cascading Effects. Seismological Research Letters2024; doi: 10.1785/0220240100
hhttps://pubs.geoscienceworld.org/ssa/srl/article-abstract/doi/10.1785/0220240100/644474/Global-Warming-Will-Increase-Earthquake-Hazards

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Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) 22. März 2024.

22. März 2024 – Obwohl die beiden riesigen Eisfelder in den Anden Südamerikas mit rund 16.000 Quadratkilometern eine Fläche von der Größe Thüringens bedecken, ist über diese Patagonische Eiskappe recht wenig bekannt. Das versucht ein Team um Dr. Johannes Fürst vom Geographischen Institut der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) gerade zu ändern. Mit den vorhandenen, eher spärlichen Daten und neuesten Methoden hat die Gruppe das Volumen der beiden Eisfelder auf 5351 Kubikkilometer im Jahr 2000 neu eingeschätzt. In diesen beiden Eiskappen steckt demnach vierzigmal mehr Eis als in allen Gletschern der europäischen Alpen zusammen. Ihre Erkenntnisse haben die Forscher im Fachmagazin Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Die Patagonischen Eisfelder stellen die Gletscher Europas also weit in den Schatten. Das zeigen bereits ihre riesigen Ausdehnungen: Schon das Nördliche Patagonische Eisfeld ist ungefähr 120 Kilometer lang und an manchen Stellen 50 bis 70 Kilometer breit. Das Südliche Patagonische Eisfeld hat mehr als die dreifache Fläche und erstreckt sich bei einer durchschnittlichen Breite von 30 bis 40 Kilometern rund 350 Kilometer von Nord nach Süd. Im Durchschnitt sind die Eismassen dort mehr als 250 Meter dick und damit rund fünfmal mächtiger als die Gletscher der europäischen Alpen.

Dazu kommt ein außergewöhnliches und zum Teil extremes Klima. Ähnlich wie in Mitteleuropa wehen die Winde auch in diesen Regionen Südamerikas oft von West nach Ost und tragen so feuchte Luft von den Ozeanen ins Land hinein. Der entscheidende Unterschied liegt in den Anden, die sich in Südamerika von Norden nach Süden erstrecken und so mit Höhen von oft weniger als 3000 Metern im Süden und teilweise 6000 Metern in den subtropischen und tropischen Regionen die feuchten, vom Pazifik hereinströmenden Luftmassen zum Aufsteigen zwingen. Dabei kühlen sie ab, können weniger Feuchtigkeit halten, und es beginnt je nach Höhenlage und Jahreszeit zu regnen oder zu schneien.

In den Regionen zwischen der Pazifikküste und den Anden fallen daher jährlich oft mehr als 3000 Millimeter Niederschlag. Jeder Quadratmeter Boden bekommt daher im Jahr 3000 Liter Regen, Schnee und Hagel ab. Im Vergleich erhalten Städte wie Nürnberg mit etwa 550 und München mit rund 930 Litern recht wenig Niederschlag. Westlich der Anden im Süden Chiles wächst daher in einem meist kühlen Klima ein dichter Regenwald, in dem nur sehr wenige Menschen leben. In den Hochlagen der Berge regnen sich die Wolken dann ab, und die Winde bringen dann in die Gebiete östlich der Anden relativ trockene Luft. Dort erstreckt sich daher über viele hundert Kilometer eine karge Steppenlandschaft, die ebenfalls nur dünn besiedelt ist.

Die beiden Patagonischen Eisfelder liegen also in einer recht abgelegenen Weltregion, in der deutlich weniger Klima- und Geodaten gemessen werden als zum Beispiel in Mitteleuropa. Obendrein streiten Argentinien und Chile seit langem über den Verlauf der Grenze, und ausgerechnet im Bereich der Südlichen Patagonischen Eiskappe haben sie diesen Konflikt auf Eis gelegt und damit große Teile der Gletscherflächen praktisch zu einem nur sehr schwer zugänglichen Niemandsland erklärt. Was geographische Messungen dort fast unmöglich macht.

Dazu kommt noch ein weiteres Problem: Die Niederschläge nehmen mit jedem Meter zu, den die Luftmassen an der Westflanke der Anden in die Höhe steigen. In den Gipfellagen und auf den beiden Patagonischen Eisfeldern schneit es daher sehr große Mengen. „Wir wissen allerdings nicht, wieviel Niederschlag dort tatsächlich fällt“, erklärt FAU-Forscher Johannes Fürst. Dort oben kommen nämlich so große Mengen, dass eine Wetterstation kaum dauerhaft betrieben werden könnte, weil in dieser abgelegenen Weltregion Störungen zumindest nicht rasch behoben werden können. Und weil die riesigen Schneemassen dort immer wieder Teile oder gar die gesamte Mess-Station zerstören könnten.

Ob dort also 10.000 oder vielleicht sogar 30.000 Liter Niederschlag im Jahr auf jeden Quadratmeter fallen, ist weitgehend unbekannt. „Spekulationen über den maximalen Schneefall reichen von weit über 30 Metern bis hin zu 100 Metern pro Jahr“, sagt Johannes Fürst. „Das sind unvorstellbare Mengen.“ Weil sich dort oben aus diesen Schneemassen mit der Zeit das Eis der Gletscher bildet, wären solche Zahlen wichtig, um die Vorgänge besser zu verstehen. Sicher ist jedenfalls eines: Die riesigen Niederschlagsmengen versorgen die Eiskappe laufend mit sehr viel Nachschub, der bald wieder talwärts fließt.

Das wiederum lässt die Gletscher, die aus den Patagonischen Eiskappen kommen, sehr rasch strömen. Während sich das Eis in den europäischen Alpen nur selten hundert Meter im Jahr nach unten schiebt, überschreiten die meisten Gletscher der Patagonischen Eisfelder dieses Tempo. Etliche von ihnen fließen sogar mit mehr als einem Kilometer im Jahr talwärts, einige erreichen sogar ein Tempo von mehreren Kilometern im Jahr. So hohe Geschwindigkeiten sind sonst nur von den Gletschern bekannt, die aus den mit Abstand größten Eiskappen der Erde über Grönland und über der Antarktis strömen.

Obendrein verlieren die Gletscher der Patagonischen Eisfelder nach Studien von Matthias Braun vom Institut für Geographie der FAU im Klimawandel jedes Jahr auch noch durchschnittlich einen Meter Eisdicke. Auch das ist ein rekordverdächtiger Wert und ein guter Grund dafür, die Patagonischen Eiskappen möglichst gut im Auge zu behalten und mit den Methoden der modernen Wissenschaft zu vermessen. Genau das hat Johannes Fürst jetzt in enger Zusammenarbeit vor allem auch mit chilenischen Forschungsorganisationen getan. Dabei hat die Gruppe die vorhandenen, oft nur spärlichen Messungen vor Ort mit den deutlich gröberen Satelliten-Daten verglichen. Damit wiederum lassen sich die Ergebnisse aus dem Weltraum kalibrieren und so auch die Eisdicken in abgelegenen Regionen ohne Vor-Ort-Daten besser abschätzen.

So gewinnt man auch Daten vom Boden unter dem Eis. Damit aber kann man viel besser einschätzen, wie schnell ein Gletscher in Zukunft schwinden dürfte. So kann sich unter dem Eis zum Beispiel eine Mulde im Gelände verbergen. Zieht der Gletscher sich zurück, kann sein Schmelzwasser diese Vertiefung zu einem See auffüllen. Endet dort die Eisfront, kann das relativ warme Wasser den Gletscher von unten angreifen. Dadurch kann oben mehr Eis abbrechen und so den Rückgang des Gletschers weiter beschleunigen.

Der FAU-Glaziologe und sein Team haben daher gute Gründe, die Patagonische Eiskappe auch vor Ort zu vermessen. Dabei fliegen sie mit einem Helikopter über den Gletscher und messen mit Radar-Strahlen die Tiefe des Eises bis auf wenige Meter genau. Und verbessern so die Daten dieses sehr dynamischen Eises kräftig. Solche Daten aber sind für die Klimaforschung sehr wichtig, weil die Patagonischen Eisfelder mit steigenden Temperaturen sehr rasch Eis verlieren. Da mit jedem Meter Fahrt mit einem Benzin- oder Diesel-Auto langfristig ein Zuckerwürfel Gletschereis schmilzt, will Johannes Fürst diese Eisfelder gut im Auge behalten, um gefährliche Entwicklungen besser als bisher einschätzen zu können.

Publikation:
https://www.nature.com/articles/s43247-023-01193-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s43247-023-01193-7.pdf

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Quelle: Universität Innsbruck 5. Januar 2023.

5. Januar 2023 – Die mehr als 215.000 Gletscher weltweit sind von den Folgen der Erderhitzung aufgrund der Klimakrise längst massiv betroffen. Die zunehmenden Schmelzraten führen nicht nur zu einer Zunahme von Naturgefahren in den entsprechenden Gebieten, sondern auch zu einem Anstieg des Meeresspiegels und zu einer Gefährdung der Wasserversorgung von etwa zwei Milliarden Menschen weltweit. Im jüngsten Bericht des Weltklimarates IPCC haben tausende Forscher*innen auf die dramatischen Folgen der Erderhitzung – besonders für Gletscher bereits jetzt und in naher Zukunft – hingewiesen. „Wir sind aufgrund des aktuellen Niveaus der Emissionen leider auf dem Weg in Richtung einer Temperaturzunahme von +2,7°C. Das hätte ein Verschwinden von zwei Drittel aller Gletscher weltweit bis 2100 zur Folge“, erklärt Fabien Maussion vom Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften der Universität Innsbruck, Co-Autor der Science-Studie.

Wie genau sich diese Entwicklung in den kommenden Jahrzehnten fortsetzen wird und was noch zu retten ist, hat das große Klimaforscher*innen-Team unter der Leitung von David Rounce von der Carnegie Mellon University in Pennsylvania nun neu berechnet und dabei die Methodik im Vergleich zu bisherigen Studien deutlich verbessert. Der Glaziologe Maussion steuerte Projektionen der potenziellen Veränderungen der Gebirgsgletscher bei, basierend auf dem an der Universität Innsbruck mitentwickelten Gletscherentwicklungsmodell Open Global Glacier Model OGGM. Dabei handelt es sich um das erste offen zugängliche globale Modell zur Simulation der Entwicklung aller Gletscher weltweit, für diese Studie wurde es mit einem Modell der Carnegie Mellon University kombiniert. „Wir haben in dieser Studie die Methodik prinzipiell verbessert, da wir Satelliten-Beobachtungen und Modelle miteinander kombiniert haben und somit auch regionale Besonderheiten und die dynamische Entwicklung genau berücksichtigen können“, sagt Fabien Maussion.

Vier Szenarien für alle Gletscher
Da auf gesellschaftspolitischer Entscheidungsebene wie etwa kürzlich bei der UN-Klimakonferenz COP27 häufig mit Temperaturszenarien gearbeitet wird, haben sich die Klimaforscher*innen dazu entschieden, die Folgen für die Gletscherentwicklung anhand von vier Annahmen zu berechnen. Die Projektionen zeigen die Reaktion auf globalen Temperaturänderungen von +1,5°Celsius (C), +2°C, +3°C und +4°C bis zum Jahr 2100 im Vergleich zum vorindustriellen Niveau für jeden einzelnen Gletscher der Welt. Die Ergebnisse zeigen einen dramatischen Verlust, aber auch große Schwankungsbreiten im Ausmaß: Zwischen 26 und 41 Prozent der Gesamtmasse der Gletscher wird bis Ende des Jahrhunderts verloren sein. Im „Best-Case-Szenario“ von +1,5°C würde ein Viertel der Gesamtmasse und damit 50 Prozent der Gletscher komplett abschmelzen. Ein Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur von +2,7°C, von dem angesichts der aktuellen Übereinkünfte zur Emissionsreduktion ausgegangen werden muss, hätte laut der Studie eine fast vollständige Entgletscherung ganzer Regionen in den mittleren Breitengraden mit Mitteleuropa, Westkanada, USA sowie Neuseeland zur Folge. Das würde einen höheren Anstieg des Meeresspiegels zur Folge haben als bisher angenommen. „Für sehr viele Gletscher ist es leider schon zu spät, aber das heißt nicht, dass wir nichts mehr tun können. Jede Reduktion der Treibhausgasemissionen und damit die Abkehr von fossilen Brennstoffen trägt dazu bei, noch bestehende Eismassen zu retten und den Anstieg des Meeresspiegels einzugrenzen“, so Fabien Maussion.

Publikation:
Global glacier change in the 21st century: Every increase in temperature matters. David R. Rounce, Regine Hock, Fabien Maussion, Romain Hugonnet, William Kochtitzky, Matthias Huss, Etienne Berthier, Douglas Brinkerhoff, Loris Compagno, Luke Copland, Daniel Farinotti, Brian Menounos, Robert W. McNabb. Science, 6 January 2023 Vol 379 Issue 6627
DOI: 10.1126/science.abo1324
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo1324

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• Klimawandel

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Quelle: ESA 22. September 2022.

22. September 2022 – Das einzigartige Konzept der Satellitenmission Harmony soll nun verwirklicht werden und eine Fülle neuer Informationen über unsere Ozeane, das Eis, Erdbeben und Vulkane hervorbringen, die einen wichtigen Beitrag zur Klimaforschung und Risikoüberwachung leisten werden.

Die im Rahmen des FutureEO-Programms der ESA entwickelten Earth Explorers sind wegweisende Forschungsmissionen, die aufzeigen, wie neuartige Beobachtungsmethoden zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen über unseren Heimatplaneten führen. Sie treiben die Wissenschaft und Technologie voran und befassen sich mit Fragen, die sich direkt auf den Klimawandel und gesellschaftliche Themen wie die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln, Wasser, Energie, Ressourcen und die öffentliche Gesundheit auswirken.

Die Erde ist ein hochdynamisches System, wo der Transport und Austausch von Energie und Materie durch zahlreiche Prozesse und Rückkopplungsmechanismen geregelt wird. Die Aufschlüsselung dieser komplexen Prozesse ist eine riesige Herausforderung, um zu verstehen, wie unser Erd-System funktioniert.

Durch Harmony wird unser Verständnis noch viel klarer werden.

Harmony wird durch die Stärkung der Wissenschaft auch zur Lösung gesellschaftlicher Probleme beitragen, wie sie in den Grand Challenges des Weltklimaforschungsprogramms und in den Zielen für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen festgelegt sind.

Diese aufregende neue Mission besteht aus zwei identischen Satelliten, die im Konvoi mit einem Copernicus Sentinel-1-Satelliten die Erde umkreisen. Jeder Harmony-Satellit ist mit einem Synthetischen Apertur Radar, das nur den Empfang ermöglicht, sowie mit einem Multiview-Thermo-Infrarot-Instrument ausgestattet.

Harmony wird zusammen mit den Beobachtungen von Sentinel-1 eine umfangreiche Palette einzigartiger hochauflösender Beobachtungen von Bewegungen an oder nahe der Erdoberfläche liefern.

Der leitende Forscher von Harmony, Paco López-Dekker von der Technischen Universität Delft in den Niederlanden, erklärt: „Harmony wird beispielsweise zur Quantifizierung der Prozesse eingesetzt, die den Austausch von Schwung, Wärme und Feuchtigkeit zwischen der Meeresoberfläche und der darüber liegenden Luft bestimmen. Dieser Austausch beeinflusst die Prozesse in der unteren Atmosphäre, bestimmt die Wettermuster und wirkt sich auf unser Klima aus.

„Es wird auch zur Untersuchung der Verformung und der Strömungsdynamik an den sich schnell verändernden Rändern des Eisschildes eingesetzt, um den Anstieg des Meeresspiegels besser nachvollziehen zu können.

„Harmony wird außerdem die Bewegung von Gebirgsgletschern beobachten, die für die Versorgung von Hunderten von Millionen Menschen mit Süßwasser entscheidend sind. Die Bedeutung des Verständnisses ihrer Veränderungen kann daher nicht hoch genug eingeschätzt werden.

„Außerdem wird Harmony für die Messung kleinerer Veränderungen der Landoberfläche eingesetzt, wie z. B. bei Erdbeben und vulkanischer Aktivität, und trägt somit zur Risikoüberwachung bei.“

Das Konzept von Harmony wurde in den letzten vier Jahren einer strengen Machbarkeitsprüfung und einem Vorentwicklungsprozess unterzogen, an dessen Ende der Programmausschuss der ESA für Erdbeobachtung (PB-EO) den Vorschlag der ESA akzeptierte, u. a. auf der Grundlage der wissenschaftlichen Beratung und der Empfehlung des Beratenden Ausschusses für Erdbeobachtung (ACEO).

René Forsberg, Mitglied des Beratenden Ausschusses für Erdbeobachtung der ESA, sagte: „Die bahnbrechenden Forschungsmissionen der ESA, die Earth Explorer, sind von grundlegender Bedeutung für die Stellung Europas als Weltmarktführer in der Erdbeobachtung. Wir freuen uns sehr, dass Harmony sich dieser außergewöhnlichen Familie von Missionen anschließt und sind überzeugt, dass sie bedeutende Fortschritte im Verständnis der Vorgänge auf unserem fragilen Planeten bringen wird.“

Simonetta Cheli, ESA-Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme, fügte hinzu: „Die Earth Explorers sind in der Tat entscheidend für unser FutureEO-Programm – ein Programm, das neue Ideen zur Entwicklung bahnbrechender Satellitenmissionen und -konzepte sowie zur Erprobung innovativer Technologien nutzt. FutureEO fördert kreative neue Wege zur Nutzung der Erdbeobachtung und ermöglicht so die Entfaltung wissenschaftlicher Spitzenleistungen zur Bewältigung der gesellschaftlichen Herausforderungen von morgen.

„Die neuartige Technologie und die von den Earth Explorers erprobten Beobachtungsmethoden sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung „operativer“ Missionen, wie z. B. die europäischen Copernicus Sentinel Missionen, die systematische Daten für Umweltdienste liefern.

„Wir gehen bei Harmony davon aus, dass seine Technologie wichtig für die Erweiterung der Kapazitäten der Copernicus Sentinel-1 Next Generation Mission sein wird.“

Da Harmony nun offiziell als zehnter Earth Explorer ausgewählt wurde, ist die Mission Teil des ESA-Vorschlags für die Erdbeobachtung der Zukunft (Earth Observation FutureEO) auf der bevorstehenden Ratstagung auf Ministerebene (CM22), bei der die Mitgliedstaaten Finanzierungsentscheidungen treffen werden.

Der nächste Schritt ist dann die Feinabstimmung des Missionskonzeptes und der anschließende Bau im Hinblick auf den Start der Satelliten im Jahr 2029.

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• ESA

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Die Vereisung fing an den Polen an. Eisschollen ballten sich zu Packeis und überspannten bald den arktischen und antarktischen Ozean. Auch Kontinente in der Nähe der Pole wurden von Eis überzogen, während von den großen Gebirgen hinab Gletscher immer tiefer in die Täler vordrangen. Es war der Beginn einer Eiszeit, die eigentlich zur Erde dazugehören: Alle paar Jahrtausende gab es in jüngerer geologischer Vergangenheit solche Phasen. Unsere Vorfahren erlebten und überlebten vor 23.000 Jahren den Höhepunkt der letzten Eiszeit. Aber diese war ganz anders.

Karl erzählt die Geschichte einer der extremsten Phasen der Erdgeschichte: Vor 650 Millionen Jahren froren nicht nur Teile der Kontinente zu, sondern die Erde gefror komplett. Alle Landmassen und Ozeane waren zwischen den Polen und dem Äquator von Eis bedeckt. Der Blaue Planet war weiß geworden. Diese Phase dauerte in zwei Episoden unvorstellbare 67 Millionen Jahre an. Die Theorie hielten die meisten Geologinnen und Geologen zuerst für so extrem, dass es fast 40 Jahre dauerte, bis die Fachwelt die Idee von Schneeball Erde akzeptierte. Denn es fand sich mitterlweile eine Erklärung, wie die zum Schneeball gefrorene Erde auftauen konnte.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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Quelle: DLR.

28. Januar 2022 – Der Südpol hat neue Sorgenkinder. Eine Gruppe von kleineren Gletschern schmilzt schneller als erwartet: Pope, Smith und Kohler. Bisher standen die benachbarten Eisgiganten Thwaites und Pine Island im Fokus der Forschung, da sie sehr fragil sind und den globalen Meeresspiegel um bis zu 1,2 Meter ansteigen lassen könnten. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat die Veränderungen in der Westantarktis gemeinsam mit internationalen Forschungspartnern aufgedeckt und analysiert. Den Ursachen für die rapiden Abschmelzungen der kleineren Gletscher kamen sie mithilfe spezieller Radardaten der Satellitenmissionen TanDEM-X und COSMO-SkyMed auf die Spur.

Die gewonnenen Erkenntnisse sind wichtig, um Gletscherprozesse besser zu verstehen und so die Entwicklung der gesamten Antarktis vorherzusagen. Klimaforschende können dann künftig noch genauer berechnen, wie stark der Meeresspiegel ansteigen wird und welche Schutzmaßnahmen am wirkungsvollsten sind. Die neue Studie ist aktuell im Fachjournal „Nature Geoscience“ veröffentlicht. Sie ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit von der University of Houston, dem DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, der University of California, der Université Grenoble Alpes sowie der italienischen Raumfahrtagentur ASI.

Komplexe Schmelzprozesse
Die Gletscher Pope, Smith und Kohler sind in den letzten 30 Jahren deutlich geschrumpft: Sie sind dünner geworden, haben Schelfeis an den Ozean verloren und sich weiter ins Land zurückgezogen. Auffällig war hier der Rückgang der Aufsetzlinie, also die Grenze, an der das Eis den Kontakt zum Festland verliert und beginnt, auf dem Meer zu schwimmen. Daher richteten die Radar-Expertinnen und -Experten ein Augenmerk auf diesen Übergangsbereich. So konnten sie auch erstmals drastische Veränderungen des Pope-Gletschers nachweisen, der sich 2017 innerhalb von nur drei Monaten mit einer Geschwindigkeit von 11,7 Kilometer pro Jahr zurückzog.

Erdbeobachtungssatelliten sind für die Gletscher- und Klimaforschung unverzichtbar geworden. „Früher mussten wir jahrelang warten, bis wir endlich verwertbare Daten zu den Polregionen hatten. Dank der hochleistungsfähigen Satellitenmissionen TanDEM-X und COSMO-SkyMed können wir die Polregionen heute im Monatsrhythmus analysieren. Aus den Aufnahmen und mit neuen Methoden zur Datenauswertung gewinnen wir zudem eine völlig neue Ebene an Details, um Gletscher- und Klimamodelle weiter zu verbessern“, erzählt DLR-Gastwissenschaftler Prof. Pietro Milillo von der University of Houston, Texas. Durch die gezielte Analyse von TanDEM-X-Zeitreihen konnten sie die Veränderungen sogar im Zwei-Wochen-Takt statt alle vier Wochen nachvollziehen.

Die neue Studie liefert damit ein weiteres wichtiges Puzzleteil für die Gletscher- und Klimaforschung. Die physikalischen Schmelzprozesse von Pope, Smith und Kohler laufen ja bei den anderen Gletschern rund um die Amundsen-See identisch ab. Die Riesen Thwaites und Pine Island könnten mit ihren hohen Masseverlusten die restliche Westantarktis destabilisieren, mit verheerenden Folgen für das Leben auf der Erde. Wenn Klimamodelle künftig berücksichtigen, wie stark eine schwimmende Eisplatte von unten schmilzt, könnten sie auch den Rückgang von Gletschern noch genauer bestimmen.

Schlüsselprozess: Abschmelzen der freischwimmenden Gletscherunterseite
Die Unterseite eines Gletschers entzieht sich unseren Blicken, sodass der Eisverlust nicht direkt messbar ist. Mithilfe von digitalen TanDEM-X-Höhenmodellen konnten die Wissenschaftler diese verborgene Schmelzrate nun genau bestimmen. Während zum Beispiel der Smith-Gletscher über Land im Zeitraum von 2011 bis 2019 etwa fünf Meter pro Jahr abschmolz, betrug die Schmelzrate an der frei schwimmenden Gletscherunterseite ungefähr 22 Meter pro Jahr. An bestimmten Stellen wies Smith sogar Schmelzraten von mehr als 100 Meter pro Jahr auf, mit einem Spitzenwert von 140 Meter pro Jahr in 2016.

Einige Untersuchungen mit Klimamodellen bestätigten, dass die Computerberechnungen der Aufsetzlinie nur dann mit den tatsächlichen Messungen übereinstimmen, wenn sie die neuen Werte der Schmelzrate miteinkalkulieren. Darüber hinaus haben die neuen Radardaten und Erkenntnisse den Forschungsverbund International Thwaites Glacier Collaboration maßgeblich dabei unterstützt, Messkampagnen vorzubereiten und geeignete Stellen für Testbohrungen auszuwählen.

„Für die Bestimmung der Abschmelzraten haben wir am DLR zusätzlich mehr als 240 digitale TanDEM-X-Höhenmodelle erzeugt, die die Westantarktis von 2011 bis 2019 hochgenau abbilden“, sagt Co-Autorin Dr. Paola Rizzoli vom DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme. Dazu gehört eine eingespielte Produktion: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum ist für den Betrieb von TerraSAR-X und TanDEM-X verantwortlich und kommandiert die Zwillingssatelliten für die benötigten Aufnahmen. Aufgezeichnet werden die Radardaten vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum an seinen Empfangsstationen in Neustrelitz, Inuvik (kanadische Arktis) und GARS O’Higgins (Antarktis). Das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung liefert die Eingangsdaten für die automatisierte TanDEM-X-Prozessierungskette. Die interferometrische Prozessierung, Geokodierung und Kalibrierung der TanDEM-X-Aufnahmen wurde am DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme implementiert und durchgeführt.

Zukunft L-Band
Die Spitzenposition Deutschlands im Bereich Radarforschung und Radartechnologie ermöglicht die Entwicklung einer neuen Generation von Radarsatelliten, die die dringend benötigten Datengrundlagen für Forschung und Weltgemeinschaft erweitern. Dadurch können Wissenslücken geschlossen und Lösungen für globale gesellschaftliche Herausforderungen erarbeitet werden. Die technischen wie auch wissenschaftlichen Kompetenzen können für künftige Satellitenmissionen, vor allem im L-Band, weiter ausgebaut werden.

Radarsatelliten mit einem langwelligen Frequenzbereich haben den Vorteil, dass sie auch durch Vegetation hindurch bis zum Boden blicken können. In den Polregionen könnte eine Radarmission im L-Band Gletscherstrukturen und dynamische Prozesse wie das Abschmelzen noch genauer abbilden. Deutschland könnte hier weiter neue Maßstäbe in der Erdbeobachtung setzen, den globalen Wandel mit einer neuen Qualität beobachten und wichtige Handlungsempfehlungen ermöglichen.

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• TanDEM-X auf Dnepr

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Quelle: ETH Zürich.

Gletscher sind ein sensibler und augenfälliger Indikator für den Klimawandel. Ungeachtet der Höhenlage oder der geografischen Breite schmilzt das Gletschereis seit Mitte des 20. Jahrhunderts rasant. Doch das Ausmaß des Eisschwundes wurde bislang nur lückenhaft erfasst und war unvollständig bekannt. Nun legt ein internationales Forschungsteam unter der Federführung der ETH Zürich und der Université de Toulouse eine umfassende Studie zum weltweiten Gletscherschwund vor, die am 28. April online in der Fachzeitschrift «Nature» veröffentlicht wurde. Diese Untersuchung ist die erste, die alle Gletscher der Welt – rund 220’000 – mit Ausnahme der Eisschilde Grönlands und der Antarktis umfasst. Sie ist von noch nie dagewesener räumlicher und zeitlicher Auflösung – und sie zeigt, wie schnell die Gletscher in den vergangenen zwei Jahrzehnten an Dicke und an Masse verloren haben.

Ansteigender Meeresspiegel und Wasserknappheit
Fast überall schrumpfte das Volumen des einst ewigen Eises. Zwischen 2000 und 2019 büssten die Gletscher weltweit pro Jahr im Durchschnitt insgesamt 267 Gigatonnen (Milliarden Tonnen) Eis ein. Mit diesem Volumen hätte die Landesfläche der Schweiz alljährlich sechs Meter unter Wasser gesetzt werden können. In diesem Zeitraum hat sich zudem der Masseverlust stark beschleunigt: Verloren Gletscher zwischen 2000 und 2004 noch 227 Gigatonnen Eis pro Jahr, so lag der Masseverlust zwischen 2015 bis 2019 bei 298 Gigatonnen pro Jahr. Die Gletscherschmelze verursachte dabei bis zu 21 Prozent des gemessenen Meeresspiegelanstiegs, also jährlich etwa 0,74 mm. Fast die Hälfte des Meeresspiegelanstiegs ist auf die thermische Ausdehnung des sich erwärmenden Wassers zurückzuführen, das übrige Drittel auf Schmelzwasser von den Eisschilden Grönlands und der Antarktis sowie Veränderungen bei Wasserspeichern auf den Landmassen.

Zu den am schnellsten schmelzenden Gletschern gehören jene in Alaska, Island oder den Alpen. Auch die Hochgebirgsgletscher des Pamirs, Hindukuschs und Himalajas sind stark betroffen. «Die Situation im Himalaja ist besonders besorgniserregend. Die großen Ströme wie Ganges, Brahmaputra und Indus werden in der Trockenzeit zu einem großen Teil durch Gletscherschmelzwasser gespeist. Zurzeit wirkt die Zunahme des Schmelzwassers für die Menschen der Region wie ein Puffer. Schrumpfen die Himalaja-Gletscher jedoch weiterhin mit steigendem Tempo, könnten bevölkerungsreichen Staaten wie Indien oder Bangladesch in wenigen Jahrzehnten Wassernot oder Nahrungsmittelengpässe drohen», sagt Erstautor Romain Hugonnet von der ETH Zürich und der Universität Toulouse. Die Resultate können nun verwendet werden, um hydrologische Modelle zu verbessern und genauere Vorhersagen auf lokaler und globaler Ebene zu machen, beispielsweise um abzuschätzen, wie viel Schmelzwasser von Himalaja-Gletschern in den kommenden Jahrzehnten zu erwarten ist.

Zu ihrer Überraschung identifizierten die Forschenden auch Gegenden, in denen sich die Schmelzraten zwischen 2000 und 2019 verlangsamten, etwa an der Ostküste Grönlands, in Island und Skandinavien. Die Forscher führen dies auf eine Wetteranomalie im Nordatlantik zurück. Diese sorgte von 2010 bis 2019 lokal für höheren Niederschlag und tiefere Temperaturen, was den Eisschwund bremste. Das Forschungsteam deckte zudem auf, dass die sogenannte Karakorum-Anomalie am Verschwinden ist. Vor 2010 waren die Gletscher in diesem Gebirge stabil oder sie nahmen gar zu. Die aktuelle Studie zeigt auf, dass nun aber auch die Karakorum-Gletscher an Masse einbüßen.

Stereo-Satellitenbilder als Grundlage
Als Grundlage für diese Studie dienten den Forschenden Bilder, die das Multispektralinstrument ASTER an Bord des NASA-Satelliten «Terra» aus 700 Kilometer Höhe aufgenommen hat. Der Satellit umrundet seit 1999 alle 100 Minuten einmal die Erde. Das Instrument ASTER erfasst mit zwei Kameras Paare von sogenannten Stereobildern, die es den Forschenden erlauben, von allen Gletschern der Welt zeitlich und räumlich hochaufgelöste digitale Höhenmodelle zu erstellen. Anhand des ASTER-Bildarchivs konnten die Forschenden Zeitreihen der Höhen der Gletscher rekonstruieren und darauf basierend die Dicken- und Massenveränderungen des Eises über die Zeit berechnen.

Erstautor Romain Hugonnet, Doktorand an der ETH Zürich und der Universität Toulouse, arbeitete rund drei Jahre an diesem Projekt. 18 Monate lang analysierte er die Satellitendaten. Um die Daten aufzuarbeiten, verwendeten die Forschenden einen Hochleistungscomputer von der University of Northern British Columbia. Die Resultate werden einfließen in den nächsten Zustandsbericht des IPCC, der noch in diesem Jahr erscheinen soll. «Auf politischer Ebene sind unsere Erkenntnisse wichtig. Die Welt muss jetzt wirklich Hand anlegen, damit wir Punkto Klimaänderung das Schlimmste noch abwenden können», sagt Mitautor Daniel Farinotti, Leiter der Glaziologie-Gruppe an der ETH Zürich und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL.

An der Studie beteiligt waren nebst der Universität Toulouse, der ETH und der WSL unter anderem Forschende der Ulster University (UK), der Universität Oslo und der University of Northern British Columbia, Kanada.

Originalpublikation:
Hugonnet R, McNabb R, Berthier E, Menounos B, Nuth C, Girod L, Farinotti D, Huss M, Dussaillant I, Brun F, Kääb A: Accelerated global glacier mass loss in the early twenty-​first century,
Nature, online publiziert am 28. April 2021.
DOI: 10.1038/s41586-​021-03436-z

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• Klimawandel
• Planet Erde

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Quelle: DLR.

Ein Forschungsteam der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) untersuchte die Flächen- und Höhenänderungen aller Gletscher der europäischen Alpen über einen Zeitraum von 14 Jahren. Dazu verglichen sie dreidimensionale Geländemodelle der deutschen Radarsatellitenmission TanDEM-X und der deutsch-amerikanischen Shuttle-Radar Topography Mission (SRTM) aus der Zeit zwischen 2000 und 2014. Die Höhenmodelle kombinierte das Team mit optischen Aufnahmen der Landsat-Satelliten der NASA. Das Ergebnis: Ungefähr 17 Prozent des gesamten Eisvolumens der Alpen gingen seit der Jahrtausendwende verloren. Die Erkenntnisse veröffentlichte das Team kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Ein Verlust an Eisvolumen von 17 Prozent entspricht mehr als 22 Kubikkilometern. Das ist größer als das Siebenfache des Wasservolumens des Starnberger Sees. Außer den höchsten Erhebungen der Zentralalpen erreicht die Eisschmelze bereits auch höher gelegene Gletscherregionen und die Tendenz setzt sich fort.

Die stärksten Verluste traten in den Gebirgsmassiven der Schweizer Alpen auf. Allein die großen Talgletscher der Berner Alpen verloren im Zeitraum von 2000 bis 2014 etwa 4,8 Gigatonnen Eismasse. Die Eisdicke ging im Durchschnitt um 0,72 Meter pro Jahr zurück. Das entspricht einem Volumen von knapp fünf Kubikkilometern. Lokal waren die Schmelzraten in den unteren Gletscherbereichen sogar um ein Vielfaches höher. Ein Beispiel stellte der größte Gletscher der Alpen auf, der Große Aletsch-Gletscher: Dort schrumpfte die Gletscheroberfläche nahe der Gletscherfront durch Abschmelzen jährlich um bis zu fünf Meter und mehr.

Zu diesen Ergebnissen kam das Team des FAU-Instituts für Geographie durch die Kombination der Daten aus den drei Erdbeobachtungsmissionen TanDEM-X, SRTM und Landsat. Entscheidender Vorteil des Verfahrens war, dass annähernd gleichzeitige Flächen- und Höhenmessungen verglichen werden konnten. Ähnliche Studien aus anderen Gebirgsregionen der Erde gehen in der Regel von einer konstanten vergletscherten Fläche während eines Beobachtungszeitraums aus. Besonders in hochdynamischen Gletscherregionen wie den europäischen Alpen kann dies zu einer deutlichen Unterschätzung der tatsächlichen Massenbilanz führen.

Die Radarsatellitenmission TanDEM-X
Die Mission TanDEM-X wurde im Auftrag des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) in öffentlich-privater Partnerschaft mit Airbus Defence and Space ins Leben gerufen. Das DLR ist verantwortlich für die wissenschaftliche Nutzung der TanDEM-X-Daten sowie für die Planung und Durchführung der Mission, die Steuerung der beiden Satelliten und die Erzeugung des digitalen Höhenmodells.

An der Mission TanDEM-X beteiligt sind das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme als wissenschaftliche Leitung, das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung (IMF) und die DLR-Einrichtung Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) am Standort Oberpfaffenhofen. Zusammen decken sie alle relevanten Arbeitsfelder der Mission ab: Sensortechnik, Missionsauslegung, hochgenaue operationelle Prozessierung der Daten und Erstellung von für den Nutzerbedarf optimierten Produkten. Zusammen mit dem Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum des DLR sind sie zudem für die Infrastruktur, die den Betrieb der Satelliten ermöglicht, das sogenannte Bodensegment, sowie für die Datenverarbeitung zuständig.

Einen Rückblick auf zehn Jahre TanDEM-X, den Ausblick für die mögliche Zukunft der Erdbeobachtung mit Radarsatelliten sowie Servicelinks zum TDX Science Server und Datenzugang für das – zur wissenschaftlichen Nutzung freie – 90-Meter-Höhenmodell finden Sie hier.

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• TanDEM-X auf Dnepr

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Quelle: DLR.

Es ist heute kein Geheimnis mehr, dass sich unsere Umwelt seit Beginn der Industrialisierung rasanter verändert als zuvor. Die deutschen Satellitenmissionen TerraSAR-X und TanDEM-X liefern seit 2007 und 2010 einzigartige Erdbeobachtungsdaten, aus denen reichhaltige Erkenntnisse über unsere Umwelt gewonnen werden können. Wissenschaftliche Nutzer aus der ganzen Welt sind am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen zusammengekommen, um im Rahmen des „TerraSAR-X und TanDEM-X Science Meetings“ die aus den Daten gewonnenen Ergebnisse auszutauschen und Anforderungen an künftige Fernerkundungstechnologien zu formulieren. In mehr als 100 Präsentationen offenbart sich vom 21. bis 24. Oktober 2019 der neueste Stand der Forschung. Begleitend dazu stellt der TanDEM-X-Blog Vorträge aus dem „Science Meeting“ vor und skizziert, in welcher Weise die Daten der zwei Radarmissionen Forscher weltweit unterstützen.

„Die Teilnahme von mehr als 250 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus 40 Ländern ist ein Beleg für das große Interesse an den Daten beider Satellitenmissionen. Auch wenn heute mehr als 25 Radarsatelliten im Einsatz sind, ist nur TanDEM-X mit seinem einzigartigen Formationsflug in der Lage, Bilder in 3D und in hoher Auflösung zur Verfügung zu stellen“, sagt Prof. Dr.-Ing. Alberto Moreira, Direktor des DLR-Institutes für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme und Principal Investigator der TanDEM-X-Mission.

Anwendungen in der Forschung
Radarsensoren haben für die Erdbeobachtung besondere Bedeutung, da sie unabhängig vom Wetter und zu jeder Tages- oder Nachtzeit Aufnahmen liefern. Vom Weltall aus können sie große Gebiete, mehr als hundert Kilometer lang, erfassen. Die zivilen Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X sind aktuell noch im Betrieb und könnten noch mehrere Jahre für die Forschung genutzt werden.

Internationale Forschungseinrichtungen und Organisationen verwenden die bisherigen Daten, um beispielsweise Naturgefahren wie Erdbeben, Vulkanausbrüche und Tsunamis zu analysieren. „Hochauflösende und langfristige Datenerfassungspläne sind unerlässlich, um Vulkangefahren zu untersuchen und damit zu einem verbesserten Frühwarnsystem beizutragen“, erklärt Dr. Thomas Walter vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ.

Am 22. Dezember 2018 traf ein heftiger Tsunami die indonesische Vulkaninsel Krakatau, der Hunderte von Menschen tötete und die Küstenregionen von Java und Sumatra verwüstete. Aufgrund der schlechten Witterungsbedingungen und der intensiven Vulkanaktivitäten waren direkte Einblicke in den Vulkan nicht möglich und die Einzelheiten unklar. Die TerraSAR-X-Radaraugen haben in dieser Situation dazu beigetragen, die tiefgreifenden Veränderungen durch die Katastrophe von Anak Krakatau 2018 besser zu verstehen. Der Zusammenbruch des Vulkans wurde auch durch unabhängige seismische und Infraschalldaten beobachtet, doch erst die TerraSAR-X-Daten lieferten die nötige Auflösung. So war es den Wissenschaftlern anhand der Radardaten möglich, morphologische Details des Zusammenbruchs auszuwerten, eine Zunahme des Inselumfangs in anderen Teilen nachzuvollziehen und das Gebiet nach dem Absetzen des neuen vulkanischen Materials zu untersuchen.

Gletscherbeobachtung im Detail
Der Blick aus dem All kann auch sehr genaue Auskünfte über die Veränderungen von Gletschern und Eisschilden geben. Die teils drastischen Entwicklungen müssen regelmäßig beobachtet werden und sind im Zusammenhang der globalen Erderwärmung zu sehen. Einen wahren Datenschatz liefert hier das TanDEM-X-Höhenmodell – noch nie zuvor wurden Grönland und die Antarktis umfassend und mit so hoher Genauigkeit vermessen.

Grönlands schnellster Gletscher, Jakobshavn Isbrae, produziert das größte Volumen an Eisbergen der nördlichen Hemisphäre. In den letzten zwei Jahrzehnten hat dieser Gletscher seine Geschwindigkeit mehr als verdoppelt, so dass er allein in den Jahren 2000 bis 2010 den Meeresspiegel um einen Millimeter erhöht hat. Die Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X begannen 2009 mit der intensiven Überwachung dieses Gletschers und zeigten die enormen und unerwarteten Geschwindigkeitsschwankungen (siehe Abbildung).

„Dieselben Prozesse, die zur jährlichen Variation beitragen, werden den Gletscher auch in Zukunft beschleunigen, da sich das Klima weiter erwärmt. Daher ist die langfristige Überwachung der Gletscher Grönlands und der Antarktis durch Fernerkundungssatelliten so wichtig, um zu verstehen, wie sich der Meeresspiegel auf die Küstengemeinden der Welt auswirken wird“, erzählt Ian Joughin vom Polar Science Center des Applied Physics Lab von der University of Washington.

Globaler Überblick: Kohlenstoffspeicher Wald
Einen immanenten Einfluss auf das Klima haben auch unsere Wälder, indem sie als eines der wichtigsten Kohlenstoffspeicher fungieren. Bei Veränderungen wie Abholzung oder Brandrodung kann es schnell zu einem Ungleichgewicht kommen. Wieviel Kohlenstoff gespeichert wird, hängt unter anderem von der Baumhöhe ab. DLR- und NASA-Wissenschaftler arbeiten an der Erstellung einer einzigartigen globalen Waldhöhenkarte: Die NASA-Wissenschaftler arbeiten mit dem GEDI-System (Global Ecosystem Dynamics Investigation), das regional begrenzte aber sehr genaue Waldhöhendaten liefert. Das DLR-Team erstellt die Waldhöheninformationen aus der TanDEM-X-Mission, die die Daten global aber in einer reduzierteren Genauigkeit liefern kann. Einzigartig ist die Verschneidung dieser beiden Datensätze zu einem hochgenauen globalen Waldhöhenprodukt. Beim „Science-Meeting“ in Oberpfaffenhofen werden nun erste Ergebnisse dieser Kooperation gezeigt.

„Das Wissen über die genauen Waldhöhen wird die regionalen und globalen Klimamodelle zur Prognose von freiem Kohlenstoffdioxid signifikant verbessert“, erklärt DLR-Wissenschaftler Kostas Papathanassiou vom Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme.

Blick in die Zukunft: Tandem-L
Ziel der hochinnovativen Radarmission Tandem-L ist es, wichtige Umwelt- und Klimaparameter global und in hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen: Alle acht Tage sollen zwei Radarsatelliten die Landmasse der Erde dreidimensional abbilden. Dadurch können dynamische Prozesse der Erde zeitnah und systematisch erfasst werden. Erdbebenforscher und Risikoanalysten wären in der Lage, Deformationen der Erdoberfläche millimetergenau zu verfolgen. Gletscherbewegungen und Schmelzprozesse in den Polarregionen könnten regelmäßig und dadurch noch genauer ermittelt werden. Die Erdbeobachtungsdaten der drei Radarsysteme sollen sich komplementär ergänzen.

Im Vergleich zu den beiden aktuellen Missionen wird Tandem-L mit einer längeren Wellenlänge betrieben. Mit der Wellenlänge von rund 24 Zentimeter kann die Vegetation durchdrungen werden, so dass die Flächenstrukturen des Untergrunds sichtbar werden. Dank neuer Technologien und Aufnahmeverfahren, wie der polarimetrischen SAR-Interferometrie, kann auch ein Wald dreidimensional kartiert werden. Hieraus werden dann die Waldhöhen berechnet und die Biomasse indirekt abgeschätzt – auf globaler Ebene ist dies bisher nicht möglich.

Wissenschaftler unterschiedlicher Helmholtz-Zentren, die an den Vorstudien der Mission beteiligt sind, stellen nun ihre Ergebnisse in Oberpfaffenhofen vor und erörtern, welche tragende Rolle Tandem-L zur Beantwortung von umweltrelevanten Herausforderungen spielen kann. Mit dem „TerraSAR-X und TanDEM-X Science Meeting“ steht den insgesamt 250 internationalen Teilnehmern eine Plattform zur Verfügung, den gemeinsamen Forschungsbedarf zu identifizieren und die Zukunft der Erdbeobachtung einzuleiten.

Der Beitrag Wertvolle Umweltdaten von TerraSAR-X und TanDEM-X erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

Wenn wir an den Klimawandel denken, assoziieren wir häufig schmelzendes Polareis damit. Allerdings ist der Eisverlust nicht nur auf die Polargebiete beschränkt: Einer heute veröffentlichten Studie zufolge haben sich weltweit mehr als 9 Billionen Tonnen Eis seit 1961 verflüssigt und den Meeresspiegel um 27 mm erhöht.

Aktuelle Gletscherstudie: Größte Verluste in Alaska
Das internationale Forschungsteam unter der Leitung der Universität Zürich kombinierte glaziologische Feldbeobachtungen mit geodätischen Satellitenmessungen und berechnete Veränderungen der Eisdicke von 19 Gletscherregionen weltweit.

Ihre Studie zeigt, dass Gletscher zwischen 1961 und 2016 9625 Gigatonnen Eis verloren haben. Die Ergebnisse wurden im renommierten Wissenschaftsmagazin „Nature“ veröffentlicht.

Die größten Verluste an Eis sind zeigen die Gletscher in Alaska auf, gefolgt von Gletschern am Rande des grönländischen Inlandeises und von Gletschern in den südlichen Anden. Signifikante Eisenmengen gingen auch in den Gletschern der kanadischen und russischen Arktis sowie in Svalbard verloren. Die Gletscher in den europäischen Alpen und im Kaukasus sind ebenso von starken Eisverlusten betroffen, leisten wegen ihrer kleinen Fläche allerdings keinen erheblichen Beitrag zum Anstieg des globalen Meeresspiegels.

Das einzige Gebiet, das in den letzten 55 Jahren einen Eisanstieg verzeichnete, ist Südwestasien (auf der Karte als ASW vermerkt). Dort ist eine Zunahme von 119 Gigatonnen Eis zu verzeichnen, während die benachbarten südostasiatischen Länder (ASE) etwa die gleiche Menge, 112 Gigatonnen, an Eis verloren haben.

Rolle der ESA-Klimaschutzinitiative
Die ESA-Klimaschutzinitiative war ebenfalls ein wichtiger Bestandteil der Forschungsarbeit. Dabei handelt es sich um ein Forschungsprogramm, das sich auf die Erstellung globaler Datensätze für die Kernkomponenten des Weltklimas konzentriert, die als essentielle Klimavariablen bekannt sind.

Gemeinsam mit dem ehemaligen GlobGlacier-Projekt der ESA stellte das Gletscherprojekt der Initiative die Umrisse der Gletscher und Informationen über die Veränderungen der Eismasse für Tausende von Einzelgletschern bereit.

Frank Paul, Co-Autor der Studie, erklärt: „Um exakte Berechnungen für die betroffenen Gebiete durchführen zu können, sind Gletscherumrisse unerlässlich. Bisher stammten diese Informationen hauptsächlich von den US-amerikanischen Landsat-Satelliten, deren Daten im Rahmen des ESA-Missionsvertrags mit Drittanbietern an europäische Nutzer geliefert werden.

„So wird in Zukunft insbesondere die Copernicus Sentinel-2 Mission verstärkt zur genauen Überwachung der Gletscherveränderungen beitragen.“

Kombination verschiedener Messmethoden
Die Berechnung digitaler Höhenmodelle, die topografische Details einer Region liefern, erfolgte aus Informationen des JAXA-Sensors ASTER, der bei der US-Mission Terra und der deutschen Mission TanDEM-X zum Einsatz kam. Aufgearbeitet wurden beide Ressourcen im Rahmen der Glaciers Klimawandel-Initiative und anderer Projekte.

Zusammen mit der umfassenden Gletscherdatenbank des World Glacier Monitoring Service konnten die Forscher die Veränderungen der Eisdicke von 19 000 Gletschern weltweit rekonstruieren.

Mit der Kombination dieser Messverfahren und dem neuen umfangreichen Datensatz kann abgeschätzt werden, wie viel Eis in allen Gebirgsregionen seit den 1960er Jahren verloren gegangen ist.

Die glaziologischen Messungen vor Ort liefern jährliche Schwankungen, während mit den Satellitendaten der Gesamteisverlust über mehrere Jahre oder Jahrzehnte bestimmt werden kann.

Studienleiter Michael Zemp von der Universität Zürich erklärt: „Wir können zwar nun klare Informationen darüber liefern, wie viel Eis jede Gletscherregion verloren hat, aber es ist auch wichtig zu beachten, dass der globale Massenverlust von Gletschereis in den letzten 30 Jahren deutlich zugenommen hat. Derzeit verlieren wir jährlich insgesamt 335 Milliarden Tonnen Eis, was einem Anstieg des Meeresspiegels um fast 1 mm pro Jahr entspricht.“

Wichtigkeit langfristiger Beobachtung
Zwar ist die Erwärmung des Ozeans nach wie vor der Hauptgrund für den Anstieg des Meeresspiegels, doch das schmelzende Gletschereis stellt den zweitgrößten Faktor dar.

Dr. Zemp ergänzt: „Wir verlieren jedes Jahr das Dreifache des Volumens des in den europäischen Alpen gelagerten Eises, was etwa 30% des aktuellen Anstiegs des globalen Meeresspiegels ausmacht“.

Der zunehmende Eisverlust aller Gletscher auf der Welt führt letztlich auch zu weniger Wasser für Millionen von Menschen, weniger hydroelektrischer Energie und weniger Wasser für Pflanzen. Sie bewirkt nicht nur den Anstieg des Meeresspiegels, sondern erhöht auch das Risiko anderer Naturgefahren wie z.B. Gletscherseeausbrüche und damit verbundene Murgänge.

Um fundierte Anpassungsentscheidungen zu treffen, ist es sehr wichtig zu wissen, in welchem Tempo die Gletscher langfristig an Masse verlieren. Derartige Informationen sind für internationale Gremien zur Bewertung des Klimawandels, wie beispielsweise dem Intergovernmental Panel on Climate Change, von entscheidender Bedeutung.

Mark Drinkwater, Senior-Berater in der Meeres- und Eisforschungsabteilung der ESA: „Wenn man die sozioökonomischen Folgen bedenkt, ist das Schicksal der Gletscher in einem zukünftigen Klima eine ernstzunehmende Angelegenheit für die ESA“.

„Es ist wichtig, dass wir die bestehenden Überwachungskapazitäten durch die Copernicus Sentinel-Missionen und anderen Missionen der ESA und Drittanbieter aufbauen. Mit ihren Daten können wir eine robuste Klimaperspektive aufbauen, um regionale und jährliche Veränderungen der Gletscher und anderer Teile der Kryosphäre wie Schneedecke, Meereis und Eisschilde aufzuzeigen.“

Der Beitrag Gletscher verlieren neun Billionen Tonnen Eis erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

20. Februar 2015 – Die Mission Biomass gilt einem der wichtigsten Bestandteile des Systems Erde, nämlich dem Zustand und der Entwicklung der tropischen Regenwälder. Zu ihren wissenschaftlichen Hauptzielen gehören die Bestimmung der Verteilung der oberirdischen Biomasse in den Regenwäldern und die Messung der jährlichen Veränderungen dieser Masse während des Einsatzzeitraums des Satelliten.

Die Biomasse und die Vegetationshöhe werden mit einer Auflösung von 200m, Eingriffe in das Waldsystem, wie etwa Kahlschlag, mit einer Auflösung von 50m erfasst, womit die Mission ein wichtiges Hilfsmittel für eine nachhaltige Waldbewirtschaftung darstellt.

Die Untersuchung der tropischen Biomasse ist für das Verständnis des Klimas auf unserem Planeten von grundlegender Bedeutung.

Mit Biomass bietet sich zum ersten Mal die Möglichkeit, satellitengestützte Radarbeobachtungen der Erdoberfläche im P-Band zu machen. Über die Untersuchung der Regenwälder hinaus werden die Daten auch der Überwachung der Ionosphäre, von Gletschern und Eiskappen sowie der Erfassung unterirdischer geologischer Strukturen in Wüstengebieten und der Topografie von unter dichter Vegetation verborgenen Oberflächen dienen.

Der Beitrag Grünes Licht für den ESA-Satelliten Biomass erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Meteorologie.

Infolge einer anhaltenden globalen Erwärmung lässt sich seit mehreren Jahrzehnten ein Anstieg der Lufttemperaturen registrieren, welcher nicht nur globale, sondern auch regionale Auswirkungen zur Folge hat. In der Arktis macht sich dies durch einen über dem weltweiten Durchschnitt liegenden Anstieg der Luft- und Wassertemperaturen durch zurückweichende Gletscher, auftauende Permafrostböden und schmelzendes Meereis bemerkbar. Diese Veränderungen haben weitreichende und zumeist negative Folgen, welche nicht nur die dort lebenden Menschen, sondern auch die einheimische Fauna und Flora betreffen.

Mit der Erwärmung gehen zahlreiche Rückkopplungseffekte einher. Besonders der drastische Schwund des arktischen Sommereises ließ dabei die Befürchtung laut werden, dass sich die Eisbedeckung einem sogenannten Kipp-Punkt nähern könnte. Bei einem Überschreiten des Kipp-Punktes wäre der Verlust des verbleibenden arktischen Meereises im Sommer nicht mehr zu stoppen.

Aktuelle Forschungsergebnisse des Hamburger Max-Planck-Instituts für Meteorologie deuten jetzt jedoch darauf hin, dass ein solcher Kipp-Punkt für den Verlust des Sommereises in der Arktis anscheinend nicht existiert. Stattdessen scheint die Eisbedeckung relativ direkt auf die jeweiligen klimatischen Umgebungsbedingungen zu reagieren. Der fortschreitende Verlust des arktischen Meereises könnte laut der Studie der Hamburger Wissenschaftler verlangsamt oder sogar gestoppt werden – allerdings nur unter der Voraussetzung, dass auch die globale Erwärmung gestoppt oder zumindest verlangsamt wird.

Die Erkenntnis, dass der Verlust des arktischen Meereises ab einem bestimmten Punkt nicht zu einem Selbstläufer wird, hat die Wissenschaftler des Max-Planck-Institutes für Meteorologie überrascht. „Die mögliche Existenz eines Kipp-Punktes für den Verlust des arktischen Meereises erscheint zunächst völlig logisch“, so Steffen Tietsche, der Erstautor einer gerade publizierten Studie. „Wenn die Eisbedeckung zurückgeht, nimmt das Meerwasser mehr Sonnenlicht auf und erwärmt sich daher stärker, sodass noch mehr Eis abschmilzt.“ Ein solcher Rückkopplungseffekt könnte prinzipiell dazu führen, dass der Verlust des arktischen Meereises sich selbst verstärkt und ab einem gewissen Punkt unabhängig von den vorherrschenden Klimabedingungen wird.

Die Gültigkeit dieses Konzepts wurde jetzt mit einem Klimamodell untersucht. In dem dabei verwendeten Computermodell entfernten die beteiligten Wissenschaftler die Eisbedeckung der Meeresoberfläche zu Beginn des arktischen Sommers vollständig, um so die maximale Aufnahme von Sonnenlicht im offenen Wasser zu simulieren. „Wir erwarteten eigentlich, dass der Ozean nach der künstlichen Eisschmelze eisfrei bleiben würde, weil das offene Wasser im Sommer deutlich mehr Wärme aufnimmt“, erklärt Steffen Tietsche diese Vorgehensweise.

Entgegen den Erwartungen erholte sich die Eisbedeckung in den Modellsimulationen jedoch stets innerhalb eines Zeitraumes von etwa drei Jahren, so dass dann wieder Bedingungen wie vor der künstlichen Eisschmelze herrschten. Dieses Ergebnis deutet nach der Ansicht der Klimatologen darauf hin, dass der Zustand des Meereises jederzeit eng an die vorherrschenden Klimabedingungen gebunden ist. Dies lässt die Existenz eines Kipp-Punktes als unwahrscheinlich erscheinen.

Die Wissenschaftler betonen allerdings, dass die Ergebnisse ihrer Studie nicht den dramatischen Verlust des arktischen Meereises aufgrund eines vom Menschen verursachten Klimawandels infrage stellen. „Wenn wir die globale Erwärmung nicht stark verlangsamen, wird die Arktis in einigen Jahrzehnten im Sommer eisfrei sein“, so Steffen Tietsche. „Unsere Forschung zeigt, dass die Geschwindigkeit, mit der das Meereis zurückgeht, eng mit der Geschwindigkeit der globalen Erwärmung zusammenhängt. Unsere Arbeit unterstreicht aber, dass wir den Verlust des arktischen Meereises grundsätzlich noch verlangsamen oder vielleicht sogar stoppen können.“

Die Forscher fanden bei ihren Simulationen auch heraus, welche Prozesse die Erholung der Eisbedeckung ermöglichen. Demzufolge verliert der Ozean während des arktischen Winters den Großteil seiner im Sommer zusätzlich aufgenommenen Wärme. Dieser Wärmeverlust ist wegen des Fehlens einer isolierenden Eisdecke extrem effizient, da der offene Ozean ohne eine bedeckende Eisschicht über einen direkten Kontakt zur kalten Atmosphäre verfügt. Außerdem wächst das sich schließlich neu bildende dünne Eis sehr schnell, da eine dünne Eisschicht die Wärme des Meerwassers schlechter isoliert als dickes Eis.

Wie die Berechnungen der Hamburger Klimaforscher ergaben, wird die Wärme, welche vom Meerwasser durch das dünne Eis abgegeben wird, anschließend in einem stärkeren Umfang von der Atmosphäre in den Weltraum abgestrahlt als bislang angenommen. Gleichzeitig wird der Simulation zufolge weniger Wärme aus den südlicheren Regionen in die Arktis transportiert. Die Kombination dieser stabilisierenden Rückkopplungen wirkt sich stärker als die destabilisierende Rückkopplung durch die zusätzliche Aufnahme von Sonnenlicht im Sommer aus.

Die Studie der Max-Planck-Wissenschaftler bestätigt Untersuchungen von US-Wissenschaftlern, welche mit einem viel einfacheren Modell durchgeführt wurden. „Diese Übereinstimmung von Modellen völlig unterschiedlicher Komplexität bedeutet normalerweise, dass die Resultate vertrauenswürdig sind“, so Prof. Dr. Jochem Marotzke, der Direktor der Abteilung „Ozean im Erdsystem“ am Max-Planck-Institut für Meteorologie und Koautor der neuen Studie. Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse wurden am 26. Januar 2011 in der Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“ publiziert.

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