Quelle: ESA/Applications/ObservingTheEarth/Copernicus/Sentinel-1, 26. November 2025

Die bahnbrechende Copernicus-Sentinel-1-Mission hat Anfang November ihren neuesten Satelliten in die Umlaufbahn gebracht: Sentinel-1D wurde am 4. November an Bord einer Ariane-6-Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana aus gestartet.
Nach Erreichen der Umlaufbahn wurden der Satellit und seine Instrumente – er ist mit einem 12 m langen Synthetic Aperture Radar (SAR) ausgestattet – eingeschaltet und waren zwei Tage nach dem Start bereit, während eines Überflugs über die Antarktis und Südamerika Bilder aufzunehmen. In der Nacht vom 6. November (europäischer Zeit) wurden die ersten Bilder über der Antarktischen Halbinsel, Feuerland und dem Thwaites-Gletscher aufgenommen. Etwa sechs Stunden später, am Morgen des 7. November, nahm Sentinel-1D auch Bilder über Bremen in Deutschland auf. Die Daten wurden dann vom Satelliten an die Bodenstation in Matera (Italien) übertragen, die Teil des Copernicus-Bodensegments ist. All dies geschah innerhalb von 50 Stunden nach dem Start, was wahrscheinlich die kürzeste Zeit vom Start bis zur Datenlieferung für einen radarbasierten Erdbeobachtungssatelliten ist.

Laut Nuno Miranda, Sentinel-1-Missionsmanager der ESA, weisen die Bilder eine für eine „First Light“-Erfassung beispiellose Datenqualität auf. Sie ähneln stark den vor kurzem von Sentinel-1C aufgenommenen Bildern, was laut Nuno für die Inbetriebnahmephase sehr vielversprechend ist. Er merkte an: „Diese Bilder wurden innerhalb außergewöhnlich kurzer Zeit heruntergeladen und verarbeitet. Einige von uns erinnern sich daran, dass Sentinel-1B nach seinem Start innerhalb von zwei Stunden nach der Aktivierung seine ersten Radarbilder lieferte. Sentinel-1D hat dies in noch kürzerer Zeit geschafft und damit unserer Meinung nach einen neuen Rekord für Weltraumradare aufgestellt. Diese bemerkenswerte Leistung spiegelt das Engagement und die außergewöhnliche Vorbereitung aller beteiligten Teams wider.“
Radarinstrumente können die Erdoberfläche durch Wolken und Niederschläge hindurch abbilden, unabhängig vom Sonnenlicht, wodurch sie sich besonders gut für die Überwachung der Polarregionen eignen. Die Satelliten Sentinel-1C und -1D sind außerdem mit einem Instrument für das automatische Identifikationssystem (AIS) ausgestattet, wodurch die Fähigkeit der Mission zur Erkennung von Schiffen und Meeresverschmutzung verbessert wird. Das AIS von Sentinel-1D wurde ebenfalls aktiviert, als der Satellit über die Antarktis flog, um die Anwesenheit von Schiffen in diesen extremen Gebieten zu erfassen.

Erste Bilder zeigen die Fragilität der Gletscher

Die Antarktische Halbinsel ist Teil der größeren Halbinsel der Westantarktis und ragt 1300 km weit hinein. Es handelt sich um eine Eisdecke, die auf einer Reihe von Felseninseln ruht und deren Spitze nur 1000 km von der Südspitze Südamerikas entfernt ist. Die Eisdecke der Antarktischen Halbinsel ist eine der kleinsten Eisdecken der Antarktis, aber möglicherweise die am stärksten vom Klimawandel bedrohte, da ihre Gletscher klein sind und sich in einer Region befinden, die sich rapide erwärmt. Beobachtbare Veränderungen wie einstürzende Schelfeise, dünner werdende und schneller fließende Gletscher sind wichtige Indikatoren für den Klimawandel in der Region.
Dieses Bild ist in Schwarz-Weiß gehalten und zeigt den Kontrast zwischen dem Ozean und der eisigen Landschaft der Halbinsel.

Feuerland ist eine Inselgruppe vor der Südspitze des südamerikanischen Kontinents. Es umfasst Gebiete sowohl in Argentinien im Osten als auch in Chile im Westen und ist durch die Magellanstraße vom Festland getrennt. Der südlichste Punkt Feuerlands ist Kap Hoorn.
Die hellen Kontrastfarben in diesem Bild entstehen durch die Verwendung mehrerer Arten von Radarwellen, die als Polarisationen bezeichnet werden. In diesem Bild werden das Meer und die schneebedeckten Gipfel in Blautönen dargestellt, während das Land gelb erscheint.

Der Thwaites-Gletscher und der benachbarte Pine-Island-Gletscher befinden sich westlich der Antarktischen Halbinsel. Beide sind anfällig für den Klimawandel. Thwaites ist einer der instabilsten Gletscher der Antarktis und von einem raschen Rückgang bedroht. Die Details auf diesem Bild von Sentinel-1D erinnern uns an die Fragilität der Gletscher in der Antarktis. Da 2025 das Internationale Jahr der Gletschererhaltung der Vereinten Nationen ist, ist es an der Zeit, dieses Bild zu sehen, das am 6. November 2025 aufgenommen wurde.
Dieses Bild verwendet ebenfalls mehrere Radarpolarisierungen, um verbesserte Daten über die Landschaft zu erfassen. In diesem Bild ist das Meereis im Wasser in violetten oder purpurfarbenen Tönen zu sehen, während der Gletscher weiß erscheint.
Die Veröffentlichung dieser Bilder folgt auch auf die 30. Konferenz der Vertragsparteien (COP30), auf der die Folgen des Klimawandels und die erforderlichen Maßnahmen zu dessen Eindämmung diskutiert wurden. Der Klimastatusbericht der Weltorganisation für Meteorologie für die COP30 stellt fest, dass die Gletscher von Oktober 2023 bis September 2024 die größte Eismenge seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1950 verloren haben. Dem Bericht zufolge entspricht dies einem Anstieg des globalen mittleren Meeresspiegels um 1,2 mm. Der Bericht stellt außerdem fest, dass die Ausdehnung des antarktischen Meereises am 24. Februar 2025 den drittniedrigsten Stand seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen im Jahr 1978 erreichte, wobei der niedrigste Stand im Jahr 2023 verzeichnet wurde.
Simonetta Cheli, Direktorin der Erdbeobachtungsprogramme der ESA, sagte: „Das ist eine großartige Leistung, und ich freue mich sehr über diese Ergebnisse von Sentinel-1D. Damit rücken die Daten, die wir von unseren innovativen Missionen erhalten, wirklich in den Mittelpunkt – Daten, auf die wir als Gesellschaft angewiesen sind, wenn wir weiterhin über den Klimawandel diskutieren und Maßnahmen dagegen ergreifen, und Daten, die wir für Anwendungen zum Verständnis und zur Erforschung unseres Planeten benötigen.
Das Sentinel-1-Team hat hervorragende Arbeit geleistet, und ich möchte allen Mitarbeitern der ESA sowie unseren Partnern in der Raumfahrtindustrie und den europäischen Institutionen für ihre hochwertige Arbeit danken. Es ist eine Ehre, diese Mission für das Erdbeobachtungsprogramm Copernicus durchzuführen, und wir danken der Kommission für ihre Unterstützung und Zusammenarbeit. Wir freuen uns auch darauf, die Sentinel-Missionen der Zukunft weiterzuentwickeln, um die Kapazitäten und das Potenzial von Copernicus für Europa weiter auszubauen.“

Der Projektleiter von Sentinel-1 bei der ESA, Ramón Torres, brachte den Stolz des gesamten Teams zum Ausdruck: „Die Veröffentlichung der ersten Bilder von Sentinel-1D ist für uns alle ein unglaublich emotionaler Meilenstein. Das Gefühl der Ehrfurcht und Erfüllung geht über die Aufregung des Starts selbst hinaus, denn diese atemberaubenden Bilder des SAR-Instruments lassen unsere harte Arbeit lebendig werden. Es sind nicht nur Bilder – sie sind der Beweis dafür, dass unsere Vision Wirklichkeit geworden ist, und unterstreichen, wie bahnbrechend diese Mission wirklich ist. Die Tatsache, dass diese atemberaubenden Bilder auch den einwandfreien Zustand und die fehlerfreie Funktion des Satelliten bestätigen, erfüllt uns mit Erleichterung und Freude. Und dass wir all dies in erstaunlich kurzer Zeit erreicht haben – nur etwas mehr als zwei Tage nach dem Start – macht diesen Moment für unser Team noch unvergesslicher.“

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• Sentinel-1D auf Ariane-62

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Quelle: ESA/Applications/ObservingTheEarth/Copernicus/Sentinel-6, 17. November 2025

Wie sein Vorgänger Sentinel-6 Michael Freilich verfügt auch Sentinel-6B über die neueste Radarmessungstechnologie, um die seit Anfang der 1990er Jahre begonnenen Aufzeichnungen der Meeresoberflächenhöhe weiter auszubauen. Diese Messungen helfen Wissenschaftlern, den Anstieg des Meeresspiegels zu verstehen – wichtige Informationen für die Gestaltung der Klimapolitik und den Schutz von Millionen von Menschen, die in Küstengebieten auf der ganzen Welt leben.

Sentinel-6B startete heute, am 17. November, um 06:21 Uhr MEZ an Bord einer SpaceX Falcon 9-Rakete von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien. Der Satellit wurde knapp eine Stunde nach dem Start in die Umlaufbahn gebracht, und um 07:54 Uhr MEZ empfing das Europäische Weltraumkontrollzentrum der ESA in Deutschland über die Bodenstation Inuvik in Kanada das wichtige Signal, das anzeigt, dass Sentinel-6B funktionsfähig ist.

Sentinel-6B soll das Erbe von Sentinel-6 Michael Freilich fortsetzen, der im November 2020 gestartet wurde. Die Sentinel-6-Mission dient als weltweit wichtigste Referenzmission für satellitengestützte Messungen der Meeresoberflächenhöhe.
Die kontinuierliche Aufzeichnung von Beobachtungen begann in den frühen 1990er Jahren mit dem französisch-amerikanischen Satelliten Topex-Poseidon und wurde mit der Jason-Serie von Satellitenmissionen fortgesetzt.
Da der Anstieg des Meeresspiegels ganz oben auf der globalen Agenda steht, haben zahlreiche Organisationen daran gearbeitet, Copernicus Sentinel-6 zur Referenzmission mit dem höchsten Standard für die Erweiterung der Aufzeichnungen von Messungen der Meeresoberflächenhöhe zu machen – mit Daten, die präziser sind als je zuvor.

Obwohl Sentinel-6 Teil der Copernicus-Missionen der Europäischen Union ist, ist es das Ergebnis einer außergewöhnlichen internationalen Zusammenarbeit zwischen der Europäischen Kommission, der ESA, der NASA, Eumetsat und der NOAA, mit zusätzlicher Unterstützung durch die französische Weltraumagentur CNES.
Simonetta Cheli, Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme der ESA, sagte: „Die Zusammenarbeit zwischen den Partnern ist für eine Mission wie Sentinel-6 von entscheidender Bedeutung, und mein Dank gilt allen, die an der Entwicklung, dem Start und dem Betrieb dieses außergewöhnlichen Satelliten beteiligt sind, der in die Fußstapfen des ersten Sentinel-6, Michael Freilich, tritt.

„Diese Leistung zeigt, was erreicht werden kann, wenn internationale Behörden und Industrieunternehmen gemeinsam auf ein gemeinsames Ziel hinarbeiten. Sentinel-6B wird dafür sorgen, dass wir weiterhin die hochpräzisen Daten sammeln können, die wir benötigen, um unser sich wandelndes Klima zu verstehen, unsere Ozeane zu schützen und Entscheidungen zu unterstützen, die Küstengemeinden auf der ganzen Welt schützen.“
Copernicus Sentinel-6 kartiert nicht nur die Höhe der Meeresoberfläche, um langfristige Veränderungen zu verstehen, sondern liefert auch Daten für praktische „operative“ Anwendungen. So misst die Mission beispielsweise die signifikante Wellenhöhe und Windgeschwindigkeit, Daten, die für nahezu Echtzeit-Ozeanvorhersagen verwendet werden.
Tatsächlich liefert die Satellitenaltimetrie die umfassendsten Messungen des Zustands der Ozeane, die derzeit verfügbar sind.
Die Sentinel-6-Satelliten sind mit einem Altimeter ausgestattet, der die Zeit misst, die Radarimpulse benötigen, um zur Erdoberfläche und wieder zurück zum Satelliten zu gelangen. In Kombination mit präzisen Satellitenortungsdaten liefern Altimetriemessungen die Höhe der Meeresoberfläche.

Das Instrumentenpaket der Satelliten umfasst auch ein fortschrittliches Mikrowellenradiometer der NASA. Wasserdampf in der Atmosphäre beeinflusst die Geschwindigkeit der Radarimpulse des Höhenmessers – und damit die Schätzungen der Höhe der Meeresoberfläche.
Das fortschrittliche Mikrowellenradiometer berücksichtigt diesen Wasserdampf, um die Genauigkeit der Messungen zu gewährleisten.
Sentinel-6B wird derzeit von der Missionskontrolle der ESA in Deutschland betreut, wo das Team den Satelliten durch die „Start- und frühe Umlaufbahnphase“ begleitet. Nach Abschluss dieser Phase wird die Kontrolle über den Satelliten an Eumetsat übergeben.

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• Sentinel-6B auf Falcon 9

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Ein Statement des Vorstands von Raumfahrer.net e.V.

Quelle: Raumfahrer.net, NASA, Grundgesetz. 14.02.2025

14. Februar 2025 – In einer aktuellen Veröffentlichung vom 10. Januar 2025 berichtet die NASA:

„Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass der Erwärmungstrend der letzten Jahrzehnte durch wärmespeicherndes Kohlendioxid, Methan und andere Treibhausgase bedingt ist. In den Jahren 2022 und 2023 werden die Kohlendioxidemissionen aus fossilen Brennstoffen auf der Erde einen Rekordanstieg verzeichnen, so eine aktuelle internationale Analyse. Die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre hat sich von den vorindustriellen Werten im 18. Jahrhundert (etwa 278 Teile pro Million) auf heute etwa 420 Teile pro Million erhöht“ (NASA: Steigende Temperaturen: NASA bestätigt 2024 als wärmstes Jahr der Geschichte).

Obwohl diese Veröffentlichung erst wenige Tage alt ist, klingt sie doch wie aus einer anderen Zeit, aus der „Vor-Trump-“ oder „Trump-Zwischenzeit“. Während seiner ersten Amtszeit hat Trump der NASA verboten über den menschengemachten Klimawandel zu berichten. Ähnliches ist für die zweite zu befürchten.

Der menschengemachte Klimawandel wird von der überwältigenden Mehrheit der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bestätigt. Das Jahr 2024 war das wärmste seit Aufzeichnungsbeginn und der Januar 2025 der wärmste je gemessene Januar. Trotzdem scheint die Zunahme von Stürmen, Überschwemmungen und extremen Dürren in der öffentlichen Wahrnehmung kaum eine Rolle zu spielen.

Seit es Raumfahrer.net gibt interessieren wir uns für Technik und Naturwissenschaften. Raumfahrt, Astronomie und Grundlagenforschung treiben uns an. Verein, Forum und Portal widmen sich diesem Themenspektrum nicht nur mit Begeisterung, sondern auch mit verantwortungsvollem Engagement. In unseren Artikeln, Presseveröffentlichungen und Diskussionsbeiträgen achten wir auf Quellen, Sachverstand und Umgangston. Wir sind unabhängig und überparteilich aber wir haben durchaus einen Standpunkt, Verschwörungstheoretikern, Moon-Hoax-Fanatikern und wissenschaftsfeindlichen Haltungen bieten wir keine Plattform. Wir vertrauen der faktenbasierten Wissenschaft, versuchen deren Erkenntnisse weiterzuvermitteln und treten für verantwortungsvollen Umgang mit Mensch und Umwelt ein.

In autokratischen Gesellschaften ist eine freie Meinungsäußerung und eine kritische Berichterstattung nicht möglich. Unsere freiheitlich-demokratische Grundordnung garantiert diese Rechte und für uns sind sie eine Verpflichtung weiterhin für eine faktenbasierte Wissenschaft einzutreten und darüber zu berichten.

Nach unserer Überzeugung ist eine wissenschaftsbasierte, freie Berichterstattung nur in einem demokratischen Umfeld möglich.

Der Vorstand von Raumfahrer.net

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• Faktenbasierte Wissenschaft
• Klimawandel

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Quelle: NASA, Goddard Space Flight Center 10. Januar 2025.

10. Januar 2025 – Washington / Greenbelt – Die globalen Temperaturen lagen im Jahr 2024 um 2,30 Grad Fahrenheit (1,28 Grad Celsius) über der Basislinie der Behörde für das 20. Jahrhundert (1951-1980) und übertrafen damit den Rekord aus dem Jahr 2023. Der neue Rekord kommt nach 15 aufeinanderfolgenden Monaten (Juni 2023 bis August 2024) mit monatlichen Temperaturrekorden – eine beispiellose Hitzestrecke.

„Wieder einmal wurde der Temperaturrekord gebrochen – 2024 war das heißeste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1880“, sagte NASA-Administrator Bill Nelson. „Zwischen rekordverdächtigen Temperaturen und Waldbränden, die derzeit unsere Zentren und Arbeitskräfte in Kalifornien bedrohen, war es noch nie so wichtig wie heute, unseren sich verändernden Planeten zu verstehen.“

NASA-Wissenschaftler schätzen weiter, dass die Erde im Jahr 2024 etwa 2,65 Grad Fahrenheit (1,47 Grad Celsius) wärmer war als der Durchschnitt in der Mitte des 19. Jahrhunderts (1850-1900). Mehr als die Hälfte des Jahres 2024 lagen die Durchschnittstemperaturen um mehr als 1,5 Grad Celsius über dem Ausgangswert, und der Jahresdurchschnitt könnte mit mathematischen Unsicherheiten zum ersten Mal diesen Wert überschritten haben.

„Das Pariser Abkommen zum Klimawandel sieht vor, langfristig unter 1,5 Grad Celsius zu bleiben. Zum Vergleich: Während der Warmzeiten auf der Erde vor drei Millionen Jahren – als der Meeresspiegel Dutzende Meter höher lag als heute – waren die Temperaturen nur etwa 3 Grad Celsius wärmer als in der vorindustriellen Zeit“, sagte Gavin Schmidt, Direktor des Goddard Institute for Space Studies (GISS) der NASA in New York. „In nur 150 Jahren sind wir auf halbem Weg zum Wärmegrad des Pliozäns.“

Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass der Erwärmungstrend der letzten Jahrzehnte durch wärmespeicherndes Kohlendioxid, Methan und andere Treibhausgase bedingt ist. In den Jahren 2022 und 2023 werden die Kohlendioxidemissionen aus fossilen Brennstoffen auf der Erde einen Rekordanstieg verzeichnen, so eine aktuelle internationale Analyse. Die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre hat sich von den vorindustriellen Werten im 18. Jahrhundert (etwa 278 Teile pro Million) auf heute etwa 420 Teile pro Million erhöht.

Die NASA und andere Bundesbehörden erheben regelmäßig Daten über Treibhausgaskonzentrationen und -emissionen. Diese Daten stehen im U.S. Greenhouse Gas Center zur Verfügung, einem behördenübergreifenden Projekt, das Informationen aus Beobachtungen und Modellen zusammenführt, mit dem Ziel, Entscheidungsträgern eine zentrale Stelle für Daten und Analysen zu bieten.

Außergewöhnliche Hitzetrends

Die Temperaturen einzelner Jahre können durch natürliche Klimaschwankungen wie El Niño und La Niña beeinflusst werden, die den tropischen Pazifik abwechselnd erwärmen und abkühlen. Der starke El Niño, der im Herbst 2023 einsetzte, trug dazu bei, dass die globalen Temperaturen über die bisherigen Rekordwerte hinaus stiegen.

Die Hitzewelle, die 2023 begann, übertraf laut Schmidt auch 2024 die Erwartungen, obwohl El Niño nachließ. Die Forscher arbeiten daran, die Faktoren zu identifizieren, die dazu beitragen, einschließlich möglicher Klimaauswirkungen des Vulkanausbruchs in Tonga im Januar 2022 und der Verringerung der Umweltverschmutzung, die die Wolkenbedeckung und die Art und Weise, wie die Sonnenenergie in den Weltraum zurückgeworfen wird, verändern kann.

„Nicht jedes Jahr wird Rekorde brechen, aber der langfristige Trend ist eindeutig“, sagte Schmidt. „Wir sehen bereits die Auswirkungen in Form von extremen Regenfällen, Hitzewellen und erhöhtem Überschwemmungsrisiko, die sich weiter verschärfen werden, solange die Emissionen anhalten.

Lokale Veränderungen sichtbar machen

Die NASA stellt ihre Temperaturaufzeichnungen anhand von Daten über die Lufttemperatur an der Oberfläche zusammen, die von Zehntausenden von Wetterstationen gesammelt wurden, sowie anhand von Daten über die Temperatur der Meeresoberfläche, die von schiffs- und bojengestützten Instrumenten erfasst wurden. Diese Daten werden mit Methoden analysiert, die die unterschiedlichen Abstände zwischen den Temperaturstationen rund um den Globus und die Auswirkungen der städtischen Erwärmung, die die Berechnungen verfälschen könnten, berücksichtigen.

Eine neue Bewertung, die Anfang dieses Jahres von Wissenschaftlern der Colorado School of Mines, der National Science Foundation, der National Atmospheric and Oceanic Administration (NOAA) und der NASA veröffentlicht wurde, stärkt das Vertrauen in die globalen und regionalen Temperaturdaten der Behörde weiter.

„Wenn sich das Klima verändert, sieht man das zuerst im globalen Mittel, dann auf der kontinentalen und dann auf der regionalen Skala. Jetzt sehen wir es auf der lokalen Ebene“, sagte Schmidt. „Die Veränderungen, die sich in den täglichen Wettererfahrungen der Menschen zeigen, sind überdeutlich geworden.

Unabhängige Analysen von NOAA, Berkeley Earth, dem Hadley Centre (Teil des britischen Wetterdienstes Met Office) und Copernicus Climate Services in Europa sind ebenfalls zu dem Schluss gekommen, dass die globalen Oberflächentemperaturen für 2024 die höchsten seit Beginn der modernen Aufzeichnungen sind. Diese Wissenschaftler verwenden in ihren Analysen größtenteils dieselben Temperaturdaten, setzen aber unterschiedliche Methoden und Modelle ein. Beide zeigen denselben anhaltenden Erwärmungstrend.

Der vollständige Datensatz der NASA zu den globalen Oberflächentemperaturen sowie Einzelheiten darüber, wie die NASA-Wissenschaftler die Analyse durchgeführt haben, sind beim GISS, einem NASA-Labor, das vom Goddard Space Flight Center der Behörde in Greenbelt, Maryland, geleitet wird, öffentlich zugänglich.

Weitere Informationen über die geowissenschaftlichen Programme der NASA finden Sie hier:

https://science.nasa.gov/earth/

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

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• Klimawandel

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Quelle: TROPOS 16. September 2024.

16. September 2024 – Frascati/Leipzig. Mit dem Atmosphären-Lidar ATLID ist nun auch das letzte von vier Instrumenten des im Mai gestarteten EarthCARE-Satelliten erfolgreich in Betrieb genommen worden. Die gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumbehörde (ESA) und der japanischen Raumfahrtagentur (JAXA) soll Wolken, Aerosole und Strahlung so genau messen wie nie zuvor. Einen wichtigen Beitrag dazu leisten Forschende des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS), die Algorithmen entwickelt haben, die u.a. die Aerosol- und Wolkenschichtung aus den Messungen des jetzt in Betrieb gegangenen Gerätes ableiten.

Zur Präzision des neue Klimasatelliten trägt auch eine groß angelegte Messkampagne bei, an der sich rund 50 Bodenstationen des europäischen Netzwerks ACTRIS beteiligen und die vom TROPOS in Leipzig koordiniert wird.

Atmosphären-Lidar komplettiert den neuen Klima-Satelliten
Ausgestattet mit vier hochmodernen Instrumenten – einem Wolkenprofilradar, einem Atmosphären-Lidar, einem Breitbandradiometer und einem abbildenden Spektrometer – soll EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) gleichzeitig eine Reihe verschiedener Messungen durchführen. Zusammen werden diese Messungen dazu beitragen, besser zu verstehen, wie Wolken und Aerosole die einfallende Sonnenenergie zurück ins All reflektieren und wie sie die von der Erde emittierte Wärmestrahlung einfangen. Diese Informationen sind wichtig, um zu verstehen, wie sich der Klimawandel auf die Energiebilanz der Erde auswirkt und um vorherzusagen, wie schnell Wolken und Aerosole ihre zurzeit kühlende Wirkung in Zukunft verlieren könnten.

EarthCARE wurde am 29. Mai 2024 in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht. Nur einen Monat später lieferte der Satellit die ersten Bilder des Wolkenradars, kurz darauf folgten die ersten Bilder des Breitbandradiometers, des abbildenden Spektrometers und im August schließlich auch des Atmosphären-Lidars. Dieses hochmoderne Instrument nimmt detaillierte vertikale Profile von Aerosolen und Wolken in der Atmosphäre in verschiedenen Regionen der Erde auf. Aerosole sind winzige Partikel und Tröpfchen aus natürlichen Quellen wie Staub und Seesalz sowie von menschlichen Aktivitäten wie Industrieemissionen oder Holzverbrennungen. Lidar steht für Licht-Radar: Der Laser sendet kurze Impulse von UV-Licht aus, die wie bei einem Radar von Objekten reflektiert und in einem hochempfindlichen Empfänger analysiert werden. Durch die Laufzeit kann die Entfernung, durch die Signalstärke die Konzentration und durch die Polarisation kann die Art der Aerosole bestimmt werden. So wird es möglich, die Verteilung und Eigenschaften von Aerosolen und Wolken zu messen, einschließlich ihrer Höhe, Dicke, optischen und physikalischen Eigenschaften. Dabei ist die Zusammenarbeit mit den anderen drei Instrumenten des Satelliten entscheidend, um die Rolle von Aerosolen und Wolken im Energiehaushalt der Erde zu verstehen. Damit diese Berechnungen über die verschiedenen Geräte hinweg funktionieren, wurde extra ein neues Aerosolklassifizierungsmodell „(Hybrid End-To-End Aerosol Classification“, kurz: HETEAC) als Grundlage für die Aerosoltypisierung entwickelt. Insbesondere das Atmosphären-Lidar ATLID wird auch einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Luftqualitätsprognosen liefern. Ulla Wandinger, die jahrelang zu der Entwicklung von ATLID beigetragen hat, ist begeistert von den ersten Messungen: “Die Fülle der Daten und der detailgenaue Blick in die Strukturen der Atmosphäre sind absolut beeindruckend.“ EarthCARE könnte also die Forschung zu Aerosolen und Wolken und den Wechselwirkungen zwischen ihnen und damit auch die Klimaforschung einen deutlichen Schritt voranbringen.

Die ersten Bilder vom August zeigen die Vielfalt von Aerosolen und Wolken in der Erdatmosphäre: Zu sehen sind z.B. ein Profil von Polaren Stratosphärenwolken (PSC) über der Antarktis, die eine wichtige Rolle bei der Ozonlochentstehung spielen, oder der Tropensturm Debby über dem Golf von Mexiko und Rauchfahnen aus Waldbränden in Kanada. Simonetta Cheli, Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme der ESA, sagte: „Nach den ersten Bildern der anderen drei Instrumente von EarthCARE können wir jetzt auch sehen, wie gut das Atmosphären-Lidar ATLID funktioniert. Nachdem das Instrument seine routinemäßige Dekontamination und Kalibrierung durchlaufen hat, kommen dessen Profile in der Qualität wie wir es erwartet hatten. Das Atmosphären-Lidar bringt uns völlig neue Einblicke in die vertikale Verteilung von Wolken und Aerosolen und ermöglicht uns zusammen mit den anderen Instrumenten ein neues wissenschaftliches Verständnis zur Energiebilanz der Erde zu gewinnen.“

Umfangreiche Messkampagnen im Atlantik und in Europa
Damit die Daten der neuen Geräte optimal genutzt und interpretiert werden können, ist es wichtig, diese mit Messungen vom Boden und aus der Luft in verschiedensten Situationen zu vergleichen. Deshalb finden derzeit eine Reihe aufwendiger internationaler Messkampagnen statt:

So fliegt das deutsche Forschungsflugzeug HALO von Cabo Verde im Atlantik, von Barbados in der Karibik und von Oberpfaffenhofen in Deutschland aus bis November mehrmals unter der Flugbahn von EarthCARE. Die Validierungsmission HALO-PERCUSION wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) geleitet. Daran beteiligt sind eine Reihe von Partnern wie z.B. die Universität Leipzig. PERCUSION ist eines von mehreren Teilprojekten des vom MPI-M koordinierten Forschungsprojekts ORCESTRA (Organized Convection and EarthCare Studies over the Tropical Atlantic). Ein weiteres Teilprojekt ist CLARINET (CLoud and Aerosol Remote sensing for EarThcare), bei dem Forschende des TROPOS die neue ACTRIS-Fernerkundungsstation des Cabo Verde Atmospheric Observatory (CVAO) am Ocean Science Center in Mindelo (OSCM) nutzen, um die EarthCARE-Daten im tropischen Atlantik zu validieren und mit Langzeitmessungen zu vergleichen.

Eine wichtige Rolle bei der Kalibrierung der Daten des EarthCARE-Satelliten spielen die Bodenstationen der europäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS: Sie wurden in den letzten Jahren auf- und ausgebaut, um Aerosolpartikel und Wolken mit Fernerkundungsgeräten wie Lidar und Radar zu untersuchen. Rund 50 Stationen in Europa und Übersee beteiligen sich an der Messkampagne atmo4ACTRIS. Dieses dichte Netz bietet den großen Vorteil, dass EarthCARE praktisch täglich über mindestens eine der Stationen fliegt, denn der erdnahe Orbit sorgt dafür, dass der Satellit unseren Planeten streifenweise „abfliegt“ und nur aller 25 Tage wieder über derselben Stelle der Erde ist. Eine einzelne Bodenstation reicht daher zum Kalibrieren nicht aus. „Wir haben die Messkampagne im Rahmen des Infrastrukturprojekts ATMO-ACCESS bereits Ende letzten Jahres mit simulierten Überflügen zwei Monate lang geprobt, um uns auf die komplexe Aufgabe vorzubereiten. Das war sehr hilfreich, denn die ACTRIS-Stationen arbeiten zwar alle nach denselben Standards, aber haben zum Teil sehr unterschiedliches Vorwissen bezüglich der Validierung von Satellitendaten. Daher sind wir alle sehr gespannt darauf, die ersten Daten von EarthCARE mit den Bodenstationen zu vergleichen“, berichtet Dr. Holger Baars vom TROPOS, der die Kampagne von Leipzig aus koordiniert. Aus Deutschland werden neben den TROPOS-Stationen in Leipzig und Melpitz auch Stationen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) in Hohenpeißenberg und Lindenberg, der Universität zu Köln (UzK) in Kooperation mit dem Forschungszentrums Jülich (FZJ), des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Leipzig mitmachen. Deutsche Partner liefern außerdem wichtige Daten aus Übersee: Das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) steuert in Kooperation mit der UzK Beobachtungsdaten aus Ny-Ålesund in der Arktis bei und TROPOS liefert mit Cabo Verde im Atlantik, Limassol in Zypern und Duschanbe in Tadschikistan Daten von drei Stationen im Staubgürtel der Erde.

Diese Aktivität wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Integrierenden Aktivität ATMO-ACCESS unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101008004 finanziert.

Quelle:
ESA (EarthCARE profiles atmospheric particles in detail, 21/08/2024)
https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/FutureEO/EarthCARE/EarthCARE_profiles_atmospheric_particles_in_detail

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• EarthCARE auf Falcon 9

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Quelle: DLR 5. September 2024.

5. September 2024 – Die Sentinel-2-Mission besteht aus zwei identischen Satelliten, die sich auf derselben Erdumlaufbahn befinden. Sie umkreisen die Erde alle 100 Minuten und erfassen alle fünf Tage alle Landflächen sowie Binnen- und Küstengewässer. Sentinel-2C ersetzt nun Sentinel-2A, der sich seit 2015 im All befindet. Damit ist der Satellit ein wichtiger Baustein für die langfristige Datenversorgung zahlreicher Anwendungen.

In Deutschland ist das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) federführend für Copernicus verantwortlich. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR begleitet das europäische Erdbeobachtungsprogramm im Auftrag des BMDV auf europäischer Ebene und unterstützt die Nutzung in Deutschland durch konkrete Maßnahmen. Der Satellit Sentinel-2C wurde von Airbus in Deutschland gebaut.

Sentinel-2C ist mit einem optischen Multispektralinstrument ausgestattet, das eine hohe Auflösung von bis zu zehn Metern und eine Abtastbreite von 290 Kilometern abdeckt. Damit ist der Satellit ideal ausgerüstet, um Veränderungen der Vegetation zu erkennen und etwa Erntevorhersagen zu ermöglichen, Waldbestände zu kartieren oder das Wachstum von Wild- und Nutzpflanzen zu bestimmen. Das Instrument wird auch an Küsten und Binnengewässern eingesetzt, um etwa das Algenwachstum zu beobachten oder den Sedimenteintrag in Flussdeltas nachzuverfolgen.

Klimawandel erforschen, Katastrophenschutz effektiver machen
Mit den gewonnenen Daten leistet Copernicus einen wichtigen Beitrag für die Erforschung und Überwachung des Klimawandels sowie zentrale Lebensbereiche wie den Katastrophenschutz und die Sicherheitspolitik. Die Daten dienen zudem als Grundlage für wichtige internationale Übereinkommen zum Umwelt- und Klimaschutz, etwa im Rahmen der Klimakonferenzen der Vereinten Nationen (UN) und der UN-Nachhaltigkeitsziele.

Bundesminister für Digitales und Verkehr Dr. Volker Wissing betont das Einsatzspektrum des Programms: „Mit dem Start von Sentinel-2C demonstriert Deutschland seine führende Rolle in der globalen Erdbeobachtung. Dieses innovative Instrument wird entscheidend dazu beitragen, den Klimawandel zu verstehen, ihn zu bekämpfen und mit den Folgen umzugehen. Unser Engagement im Copernicus-Programm ist eine Investition in Spitzentechnologie und eine nachhaltige Zukunft, da die präzisen Daten des Satelliten Entscheidungsträger weltweit bei umweltpolitischen Maßnahmen unterstützen.“

„Copernicus ist heute das größte und erfolgreichste Erdbeobachtungsprogramm in Europa und zeigt die effiziente Zusammenarbeit der Europäischen Union, der Europäischen Weltraumorganisation ESA sowie der nationalen Raumfahrtagenturen. Durch Sentinel-2C sichern wir seine Zukunft und stärken zugleich den Raumfahrtstandort Deutschland nachhaltig.“ sagt Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Generaldirektor der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

Copernicus – ein gemeinsames Programm von EU und ESA
Copernicus ist ein gemeinsames Programm der Europäischen Union (EU) und der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Die EU betreibt mit dem Programm satellitengestützte Informationsdienste für Landoberflächen (CLMS), Ozeane (CMEMS), Atmosphäre (CAMS), Katastrophen- und Krisenmanagement (CEMS), Klimawandel (C3S) und zivile Sicherheit (CSS). Auch immer mehr deutsche Behörden, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie innovative Unternehmen arbeiten mit Copernicus-Daten. Grundlage all dieser Anwendungen und Dienste sind sechs Satellitenfamilien, die so genannten Sentinels – zu Deutsch „Wächter“, die von der ESA zusammen mit der Europäischen Organisation zur Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) betrieben werden. Zudem werden derzeit weitere sechs Missionen vorbereitet, die die Copernicus-Flotte in den kommenden Jahren sukzessive erweitern werden. Darunter auch die Mission „Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring Mission“ (CO2M), die ab 2026 globale Treibhausgasemissionen messen soll. In Copernicus werden auch Satellitendaten von Dritten einbezogen, so etwa Daten der deutschen Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X. Datenportale wie die „Copernicus Data and Exploitation Platform – Deutschland“ – kurz CODE-DE – sichern Nutzerinnen und Nutzern einen unkomplizierten Zugang zu den Erdbeobachtungsdaten und Verarbeitungsmethoden.

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• Sentinel-2C auf Vega (VV24)

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Quelle: Universität Bayreuth 23. August 2024.

23. August 2024 – Die Bergwälder in Afrika stehen durch die zunehmende Entwaldung durch den Menschen deutlich unter Stress. „Am Kilimandscharo in Tansania wurden seit 1880 bereits über 50 Prozent der Waldfläche vernichtet“, erläutert Dr. Andreas Hemp von der Universität Bayreuth, Ko-Autor der Studie, der seit 35 Jahren am Kilimandscharo lebt und forscht. Mit Kollegen und Kolleginnen hat er jetzt herausgefunden: Der Klimawandel setzt dem noch eins drauf.

Unter Leitung von Marburger Geograph*innen wurde herausgefunden, dass die durchschnittliche Lufttemperatur in Gebieten, die stark gerodet wurden, steigt und die umgebenden Wolken mehr als 230 Meter höher liegen. In Bergregionen wie am Kilimandscharo können die Wälder dadurch deutlich weniger Wasser aus den Wolken „auskämmen“. „Das hat weitreichende Konsequenzen für den Wasserhaushalt und die Biodiversität in Afrika“, erläutert Dr. Dirk Zeuss vom Fachbereich Geographie der Philipps-Universität Marburg die Ergebnisse einer Studie mit internationaler Forschungsbeteiligung.

Die tropischen Bergwälder sind einzigartig in ihrer Biodiversität und ihren sogenannten Ökosystemdienstleistungen. Zu letzteren gehört beispielsweise die Produktion von Frischwasser für die Natur und auch den Menschen. Anhand von Satellitendaten hat das Marburger Forschungsteam berechnet, dass in den Jahren 2003 bis 2022 etwa 18 Prozent der Bergwälder Afrikas verloren gingen. Gründe dafür sind unter anderem die kleinbäuerliche Landwirtschaft und der Holzeinschlag. Infolge des Waldverlusts ändern sich auch weitere Umweltbedingungen, fanden die Forschenden durch das Zusammenführen verschiedenster Umweltdatensätze heraus. So stieg die Lufttemperatur um etwa 1,4 Grad Celsius und die untere Wolkenkante rückte 236 Meter nach oben. „Diese Verschiebung in Temperatur und Wolkenbildung kommt dabei eindeutig nicht durch den ohnehin schon vorhandenen Klimawandel, sondern durch den Verlust der Bergwälder“, interpretiert Dr. Dirk Zeuss die Ergebnisse. Zu diesen trug der Bayreuther Forscher Andreas Hemp maßgeblich bei: Er ist Projektleiter in der DFG-Forschungsgruppe „The role of nature for human well-being in the Kilimanjaro Social-Ecological System (Kili-SES)“ an der Universität Bayreuth. Hemp hat seit 1996 ein meteorologisches Netzwerk am Kilimanjaro aufgebaut, dessen Daten maßgeblich für die hier vorliegenden Forschungsergebnisse waren. Er war mit logistischer und wissenschaftlicher Unterstützung an den Messungen für die aktuelle Studie beteiligt.

„Das bedeutet, dass von Menschen gemachte Eingriffe wie das Abholzen den Klimawandel verschärfen“, erläutert der Marburger Forscher Dr. Temesgen Abera. „Wir müssen also sehr viel stärker die Bergwälder in den Blick nehmen und vor Abholzung schützen, da sie Biodiversität, Frischwasserproduktion und viele andere Ökosystemleistungen in den Tropen bedroht.“ Abera ist derzeit Forschungsstipendiat der Alexander von Humboldt-Stiftung an der Uni Marburg.

Zur Publikation trugen Forschungsgruppen unter Marburger Leitung von der Universität in Helsinki, Finnland, dem finnischen Meteorologischen Institut in Helsinki, der Universität Bayreuth, der Universität in Addis Abeba, Äthiopien, der Wuhan-Universität, China, und der North-West-Universität in Südafrika bei.

Originalpublikation:
Abera, T.A., Heiskanen, J., Maeda, E.E. et al. Deforestation amplifies climate change effects on warming and cloud level rise in African montane forests. Nat Commun 15, 6992 (2024). doi.org/10.1038/s41467-024-51324-7
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51324-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-024-51324-7.pdf

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Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz 20. August 2024.

20. August 2024 – Die Erwärmung des Ozeans bei den Fidschi-Inseln im Südwestpazifik zeigt den höchsten Stand seit über 600 Jahren. Dies geht aus der Auswertung von Korallendaten hervor, die ein internationales Team von Forschenden vorgenommen hat. Die Daten sind ein weiterer Beweis für die beispiellose Erwärmung des westlichen Pazifiks. 2022 war demnach in der Region das wärmste Jahr seit dem Jahr 1370. Die Forschenden haben einen über zwei Meter langen Kern aus der Riesenkoralle Diploastrea heliopora untersucht und konnten aus der chemischen Zusammensetzung Rückschlüsse auf die Temperaturentwicklung im Verlauf von 627 Jahren ziehen. Dies wurde um Messungen der Wassertemperatur für weitere 26 Jahre ergänzt. Der südwestliche Pazifik spielt eine zentrale Rolle für die Regulation globaler Klimamuster, wie beispielsweise des Wetterphänomens El Niño-Southern Oscillation, eines der wichtigsten Phänomene mit Auswirkungen auf das globale Klima – und damit auf den Menschen und die Umwelt weltweit.

Korallen dienen als lebende Temperatursensoren
Das Team unter der Führung der Universidad Nacional Autónoma de México und der University of Leicester legte damit die bisher längste kontinuierliche Rekonstruktion der Meeresoberflächentemperatur vor, die anhand des Verhältnisses von Strontium zu Kalzium einer Koralle vorgenommen wurde. Die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) hat zu der Datierung – die mit jährlicher Auflösung erfolgt – beigetragen. „Wir haben das Alter der abgelagerten Schichten mithilfe der Uran-Thorium-Datierungsmethode bestimmt und konnten damit die Zählung der einzelnen jährlichen Lagen unabhängig bestätigen. Damit war eine präzise, absolute Datierung der Koralle möglich“, erklärt Prof. Dr. Denis Scholz, Leiter der Arbeitsgruppe Isotopengeochemische Paläoklimatologie/Speläothemforschung am Institut für Geowissenschaften. Diploastrea heliopora wächst in einem Jahr durchschnittlich um nur drei bis sechs Millimeter.

Die Korallen mit ihrem langen Lebensalter dienen den Forschenden somit als Temperatursensoren: Sie haben in ihrem Skelett die Klima- und Umweltveränderungen gespeichert, die das Korallenriff über Jahrhunderte geprägt hat. Wie die Studie darlegt, ist die aktuelle Meerestemperatur auf dem Fidschi-Archipel die höchste in den vergangenen 653 Jahren. Über verschiedene Korrelationen und Temperaturgradienten zwischen tropischen und subtropischen Pazifikgebieten zeigt die Forschungsarbeit, dass die Bedingungen im 20. Jahrhundert von den Trends der vergangenen sechs Jahrhunderte abweichen. In Verbindung mit derzeitigen Klimamodell-Simulationen wäre demnach zu erwarten, dass es im Verlauf des 21. Jahrhunderts zu weiterer Trockenheit oder Starkregen kommt, je nach Position im Pazifik, und damit, falls nicht gegengesteuert wird, zu nachteiligen Auswirkungen für Bewohner der gefährdeten pazifischen Inseln und ihrer Ökosysteme.

Internationale Kooperation mit Beteiligten von drei Kontinenten
Die Studie erfolgte in Zusammenarbeit zwischen der Universidad Nacional Autónoma de México, der Universidad Autónoma de Baja California, der University of Leicester, der University of New South Wales, der Monash University, der Université de Bordeaux, dem Helmholtz-Zentrum Hereon und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Veröffentlichung:
Juan P. D’Olivo, Jens Zinke et al.
Coral Sr/Ca-SST reconstruction from Fiji extending to ~1370 CE reveals insights into the Interdecadal Pacific Oscillation
Science Advances, 14. August 2024
DOI: 10.1126/sciadv.ado5107
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Quelle: Universität Hamburg 12. August 2024.

12. August 2024 – Eine neue Studie des Exzellenzclusters CLICCS der Universität Hamburg zeigt, wie viel CO₂ im Arktischen Ozean durch die Erosion von Permafrost in die Atmosphäre entweicht.

Die Weltmeere mildern den Klimawandel, denn sie entziehen der Atmosphäre rund 30 Prozent der vom Menschen freigesetzten Treibhausgase. Doch dieser Anteil wird durch die Folgen der Erderwärmung beeinflusst. Zum Beispiel durch die Erosion von Permafrostboden an den Küsten des Arktischen Ozeans. Diese reduziert die CO₂-Aufnahmefähigkeit des Meerwassers deutlich. Dr. David Nielsen und sein Team können erstmals in Klimamodellen darstellen, wie stark sich dieser Effekt in der Zukunft auswirken wird. Die Studie ist jetzt im Fachmagazin Nature Climate Change erschienen.

Demnach werden im Arktischen Ozean pro Jahr und pro Grad Celsius globaler Temperaturerhöhung ein bis zwei Millionen Tonnen CO₂ weniger von der Atmosphäre aufgenommen als bisher angenommen. Das entspricht einem Zehntel der Emissionen, die in Europa jährlich durch den Autoverkehr verursacht werden.

Durch das Auftauen und Abtragen der über Jahrtausende gefrorenen Küstenstreifen gelangen große Mengen Erdboden und Sedimente in den Ozean. Wie die Partikel genau mit dem Meerwasser reagieren, hängt von ihrer Zusammensetzung ab. In jedem Fall erhöhen sie mit ihren organischen Bestandteilen den Kohlenstoffgehalt im Wasser und verringern so die Aufnahmefähigkeit für CO₂ aus der Luft – und zwar um zehn bis 15 Prozent im gesamten Arktischen Ozean, wie das Team berechnete.

„Wir können den Meeren dankbar sein, dass sie einen großen Teil unserer Treibhausgase aufnehmen“, sagt Klimaforscher Nielsen. „Doch vielleicht setzt sich diese Dienstleistung der Meere nicht unbegrenzt fort. Wenn wir wissen wollen, ob wir uns auch in Zukunft auf ihre Wirkung verlassen können, müssen wir die Mechanismen der CO₂-Aufnahme genau verstehen.“

Nielsens Studie trägt dazu bei, den Einfluss von Permafrost-Erosion besser zu verstehen. Dadurch kann dieser künftig in Klimavorhersagen und Kohlenstoffbudgets mitberücksichtigt werden. So könnte sich die Erosion bis zum Jahr 2100 um den Faktor zwei bis drei beschleunigen. Das Team untersuchte deshalb verschiedene Szenarien für Küstenerosion, je nachdem, wie erfolgreich sich der Klimaschutz weltweit entwickelt.

Orginalpublikation:
Nielsen DM, Chegini F, Maerz J, Brune S, Mathis M, Dobrynin M, Baehr J, Brovkin V, Ilyina T (2024): Reduced Arctic Ocean CO₂ uptake due to coastal permafrost erosion; Nature Climate Change; https://www.nature.com/articles/s41558-024-02074-3

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Quelle: Universität Bern 24. Juli 2024.

24. Juli 2024 – Die Verbrennung fossiler Energieträger und der weit verbreitete Einsatz von Kunstdünger in der Landwirtschaft haben zu einer erheblichen Zunahme des biologisch verfügbaren, reaktiven Stickstoffs geführt. Diese Zunahme hat weitreichende und gut erforschte Auswirkungen auf Ökosysteme, Biodiversität und Gesundheit. «Luftverschmutzung führt allein in der Schweiz zu über 2’000 vorzeitigen Todesfällen pro Jahr und Stickstoff spielt dabei eine wichtige Rolle», sagt Mitautor der Studie und Professor am physikalischen Institut und am Oeschger-Zentrum für Klimaforschung der Universität Bern, Fortunat Joos. Bisherige Studien haben die Auswirkungen von reaktivem Stickstoff auf das globale Klimasystem seit der Industrialisierung nur unzureichend erforscht.

Eine neue Studie unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena schliesst nun diese Wissenslücke. Die Forschenden kombinierten Ergebnisse aus Modellen der terrestrischen Biosphäre mit Erkenntnissen aus der Atmosphärenchemie und Modellen der globalen atmosphärischen Verteilung von Stickstoffen. Diese Kombination ermöglicht eine neuartige und umfassende Abschätzung der Klimawirkung des von Menschen ausgestossenen reaktiven Stickstoffs. Die Ergebnisse wurde im Fachmagazin Nature publiziert.

Bisher insgesamt kühlende Klimawirkung
«Wir Menschen stossen eine ganze Reihe von Stickstoffverbindungen aus», erklärt Cheng Gong, Erstautor der Studie und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena. «Einige, wie beispielsweise Lachgas, sind Treibhausgase und wirken somit erwärmend.» Andere, wie etwa Feinstaubpartikel, die die Sonnenstrahlung reflektieren, hätten dagegen eine kühlende Wirkung auf das Klima. Diese Effekte spiegeln sich auch in den Ergebnissen der Studie wider: «Einerseits fanden wir eine signifikante Erwärmung durch steigende Konzentrationen der Treibhausgase Lachgas (N₂O) und Ozon (O₃). Andererseits haben wir mehrere Prozesse quantifiziert, die zur kühlenden Wirkung von Stickstoff beitragen», so Gong. Dazu gehören neben dem Feinstaub auch chemische Reaktionen, die zu einer verkürzten Verweildauer des Treibhausgases Methan in der Atmosphäre führen, sowie eine erhöhte Aufnahme von Kohlendioxid (CO₂) durch die Landbiosphäre aufgrund der düngenden Wirkung von Stickstoff.

Kombiniert man alle Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse durch die reaktiven Stickstoffe, so führt dies bisher zu einem Abkühlungseffekt. «Dieses neue Ergebnis legt nahe, dass die Stickstoffverschmutzung etwa ein Sechstel der bisherigen Erderwärmung durch den CO₂-Anstieg über die industrielle Periode kompensiert hat», erklärt Qing Sun, Mitautorin und Postdoktorandin an der Universität Bern.

Bedeutung für Klimaschutz
Die neuen Ergebnisse sind auch für zukünftige Strategien zur Stickstoffvermeidung und die Klimaschutzpolitik wichtig: Das internationale Team untersuchte, wie sich verschiedene Klimaszenarien zukünftiger Entwicklungen auswirken würden. «In den meisten Szenarien blieben die Lachgasemissionen aus dem Agrarsektor durch den anhaltenden Einsatz von Düngemitteln in der Landwirtschaft und damit der wärmende Einfluss dieses Gases hoch», erklärt Sun, die mit Computersimulationen der Landbiosphäre zur aktuellen Studie beigetragen hat. Szenarien, die mit den Klimazielen des Pariser Abkommens vereinbar sind, erfordern ein Ende der CO₂-Emissionen aus fossilen Energieträgern. Damit wird auch die Freisetzung von reaktivem Stickstoff aus fossilen Quellen und dessen schädliche Auswirkungen auf Gesundheit und Biodiversität reduziert, aber auch sein kühlender Effekt entfällt. Die Forschenden erwarten daher für diese Klimaschutzszenarien einen leicht erwärmenden Beitrag des gesamten Stickstoffs, der aber weit geringer ist als die Erwärmung aus dem ungebremsten Verbrauch fossiler Energieträger.

«Die Studie unterstreicht die Dringlichkeit, die Emissionen aus fossilen Energieträgern endlich zu stoppen und Düngemittel gezielter einzusetzen. Das würde nicht nur die globale Klimaerwärmung verlangsamen, sondern auch die Belastung durch gesundheitsschädliche Ozon- und Feinstaubkonzentrationen für uns alle auf dem Land und in der Stadt verringern», so Joos abschliessend.

Publikation:
Gong C., H. Tian, H. Liao, N. Pan, S. Pan, A. Ito, A. K. Jain, S. K.-Giesbrecht, F. Joos, Q. Sun, H. Shi, N. Vuichard, Q. Zhu, C. Peng, F. Maggi, F. H. M. Tang, and S. Zaehle, Global net climate effects of anthropogenic reactive nitrogen, Nature, 24. Juli 2024
DOI: 10.1038/s41586-024-07714-4
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07714-4
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07714-4.pdf

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Quelle: ETH Zürich 15. Juli 2024.

15. Juli 2024 – Forschende der ETH Zürich haben in der bislang umfassendsten Modellierung – sowie mit KI-Methoden – zum ersten Mal die verschiedenen Ursachen der langfristigen Polbewegung vollständig erklären können. Ihr Modell und ihre Beobachtungen zeigen, dass Klimawandel und Erderwärmung einen grösseren Einfluss auf die Drehgeschwindigkeit der Erde haben als die Wirkung des Mondes, der seit Milliarden von Jahren die Zunahme der Tageslänge bestimmt.

Durch den Klimawandel schmelzen die Eismassen in Grönland und der Antarktis. Das Wasser aus den Polgegenden fliesst in die globalen Ozeane und vor allem auch in den Äquatorbereich. «Das heisst, es findet eine Massenverlagerung statt, und diese wirkt sich auf die Erdrotation aus», erklärt Benedikt Soja, Professor für Weltraumgeodäsie am Departement Bau, Umwelt und Geomatik der ETH Zürich.

«Man kann sich das so vorstellen, wie wenn eine Eiskunstläuferin bei einer Pirouette die Arme zuerst am Körper hält und dann ausstreckt.» Die anfänglich schnelle Drehung wird dadurch langsamer, weil die Massen sich von der Drehachse entfernen und die physikalische Trägheit zunimmt. In der Physik spricht man vom Gesetz der Erhaltung des Drehimpulses, dem auch die Erdrotationsbewegung gehorcht. Dreht sich die Erde langsamer, werden die Tage länger. Der Klimawandel verändert somit auch die Tageslänge auf der Erde, wenn auch nur minimal.

Unterstützt von der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA haben ETH-Forschende aus Sojas Gruppe zwei aktuelle Studien in den Zeitschriften «Nature Geoscience» und «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS) veröffentlicht, wie sich der Klimawandel auf die Polbewegung und die Tageslänge auswirkt.

Klimawandel übertrifft den Einfluss des Mondes
In der PNAS-Studie zeigen die ETH-Forschenden, dass sich durch den Klimawandel auch die Tageslänge von derzeit rund 86400 Sekunden um einige Millisekunden erhöht. Denn Wasser fliesst von den Polen in niedrigere Breiten und verlangsamt dadurch die Rotationsgeschwindigkeit.

Eine andere Ursache für diese Verlangsamung ist die Gezeitenreibung, die vom Mond ausgelöst wird. Die neue Studie kommt dabei zu einem überraschenden Ergebnis: Wenn die Menschen weiterhin mehr Treibhausgase ausstossen, und sich die Erde dementsprechend erwärmt, hätte dies letztendlich einen grösseren Einfluss auf die Drehgeschwindigkeit der Erde als die Wirkung des Mondes, der seit Milliarden von Jahren die Zunahme der Tageslänge bestimmt. «Wir Menschen haben einen grösseren Einfluss auf unsere Erde als wir denken», schliesst Benedikt Soja, «und daraus resultiert natürlich auch eine grosse Verantwortung für die Zukunft unseres Planeten.»

Die Drehachse der Erde verschiebt sich
Die durch die Eisschmelze bedingten Massenverlagerungen auf der Erdoberfläche und im Erdinnern verändern aber nicht nur die Rotationsgeschwindigkeit und die Tageslänge der Erde: Wie die Forschenden in «Nature Geoscience» zeigen, verschieben sie auch die Rotationsachse. Das heisst, die Punkte, wo die Drehachse konkret auf die Erdoberfläche trifft, wandern. Diese Polbewegung können die Forschenden beobachten. Längerfristig liegt sie im Bereich von etwa zehn Meter pro hundert Jahre. Dabei spielen nicht nur das Abschmelzen der Eisschilde eine Rolle, sondern auch Bewegungen, die im Innern der Erde stattfinden. So kommt es tief im Erdmantel, in dem das Gestein durch den hohen Druck zähflüssig wird, über längere Zeiträume zu Verlagerungen. Und auch im äusseren Erdkern, der aus flüssigem Metall besteht, gibt es Wärmeströmungen, die einerseits das Erdmagnetfeld erzeugen, aber auch zu Massenverschiebungen führen.

Benedikt Soja und sein Team haben nun in der bisher umfassendsten Modellierung aufgezeigt, wie sich die Polbewegung aus den einzelnen Prozessen im Kern, im Mantel und durch das Klima an der Oberfläche ergeben. Ihre Studie ist jetzt in der Zeitschrift «Nature Geoscience» erschienen: «Wir präsentieren zum ersten Mal eine vollständige Erklärung für die Ursachen der langperiodischen Polbewegung», sagt Mostafa Kiani Shahvandi, Doktorand von Soja und Erstautor der Studie: «Wir wissen also jetzt, warum und wie die Rotationsachse der Erde relativ zur Erdkruste wandert.»

Eine Erkenntnis sticht in ihrer «Nature Geoscience»-Studie besonders heraus: dass die Prozesse auf und in der Erde miteinander verbunden sind und sich gegenseitig beeinflussen. «Der Klimawandel verursacht eine Bewegung der Erdrotationsachse und es scheint, dass sich durch die Rückkopplung der Drehimpulserhaltung auch die Dynamik des Erdkerns verändert,» erklärt Soja und Kiani Shahvandi ergänzt: «Der anhaltende Klimawandel könnte sich also sogar auf Prozesse tief im Erdinneren auswirken und weiter reichen als bisher angenommen.» Allerdings bestehe kaum Grund zur Sorge. Denn diese Auswirkungen seien gering und es sei unwahrscheinlich, dass davon eine Gefahr ausgehe.

Physikalische Gesetze kombiniert mit künstlicher Intelligenz
Für ihre Studie zur Polbewegung verwendeten die Forscher so genannte physikinformierte, neuronalen Netze. Das sind neuartige Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI), bei denen sich die Forschenden an physikalischen Gesetzen und Prinzipien orientieren, um besonders leistungsstarke und zuverlässige Algorithmen für maschinelles Lernen zu entwickeln. Unterstützung erhielt Kiani Shahvandi dafür von ETH-Mathematikprofessor Siddhartha Mishra, den die ETH Zürich 2023 mit dem Rössler-Preis, ihrem höchstdotierten Forschungspreis auszeichnete, und der ein Spezialist auf diesem Gebiet ist.

So konnten mit den von Kiani Shahvandi erstellten Algorithmen erstmals alle verschiedenen Effekte an der Oberfläche, im Erdmantel und im Erdkern erfasst und ihre möglichen Interaktionen modelliert werden. Das Ergebnis der Berechnungen zeigt, welche Bewegungen die Erdrotationspole seit 1900 zurückgelegt haben. Diese Modell-Werte stimmen hervorragend überein mit den realen Daten, die in der Vergangenheit astronomische Beobachtungen und in den letzten dreissig Jahren Satelliten geliefert haben, und ermöglichen so auch Prognosen für die Zukunft.

Wichtig für die Raumfahrt
«Auch wenn sich die Erdrotation nur langsam ändert, muss man diesen Effekt bei der Navigation im Weltraum berücksichtigen, beispielsweise wenn eine Raumsonde auf einem anderen Planeten landen will», sagt Soja. Denn auch eine Abweichung von nur einem Zentimeter auf der Erde kann über die riesigen Distanzen zu einer Abweichung von hunderten von Metern anwachsen. «Die Landung in einem bestimmten Krater auf dem Mars würde dann nicht klappen», sagt der Wissenschaftler.

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Quelle: Universität Leipzig 20. Juni 2024.

20. Juni 2024 – Eine Forschergruppe um Prof. Dr. Johannes Quaas von der Universität Leipzig sowie Hao Luo und Prof. Yong Han von der Sun-Yat-sen Universität in China hat herausgefunden, dass die Wolkendecke zunehmend asymmetrische Veränderungen zeigt: Sie nimmt tagsüber stärker ab als nachts. Diese Asymmetrie führt dazu, dass die kühlende Wirkung der Wolken tagsüber abnimmt und die wärmende Wirkung nachts zunimmt, was die globale Erwärmung verstärkt. Ihre neuen Erkenntnisse haben die Forschenden gerade in dem renommierten Fachjournal „Science Advances“ veröffentlicht.

Wolken: Mehr als nur Wettergeschehen
Tagsüber reflektieren Wolken das Sonnenlicht zurück in den Weltraum und kühlen dadurch die Erdoberfläche. Nachts hingegen wirken sie wie eine Decke, die die Wärme zurückhält. Dadurch bleibt die Erdoberfläche warm. „Aus diesem Grund haben Wolken einen entscheidenden Einfluss auf das Klima auf der Erde“, sagt der Meteorologe Quaas.

In ihrer Untersuchung nutzten die Wissenschaftler:innen Satellitenbeobachtungen sowie Daten aus der sechsten Phase des Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6), das umfassende Klimamodelle und Szenarien zur Verfügung stellt. Diese Modelle decken historische Daten von 1970 bis 2014 sowie Projektionen bis zum Jahr 2100 ab.

„Da die Wolkendecke im globalen Maßstab tagsüber stärker abnimmt als nachts, führt das am Tag zu einer Verringerung des kurzwelligen Albedoeffekts und zu einer Verstärkung des langwelligen Treibhauseffekts in der Nacht“, erklärt Hao Luo, der Erstautor der Studie.

Klimamodelle und ihre Bedeutung
Klimamodelle sind unerlässlich, um die komplexen Prozesse und Wechselwirkungen innerhalb des Klimasystems zu verstehen und vorherzusagen. Sie helfen Wissenschaftler:innen, mögliche zukünftige Szenarien zu entwickeln und die Auswirkungen verschiedener Faktoren wie Treibhausgase, Aerosole und Wolken auf das Klima zu analysieren.

Johannes Quaas von der Universität Leipzig betont: „Die Asymmetrie der Änderung der Wolkenbedeckung ist ein wichtiger Faktor, der hier neu entdeckt wurde. Unsere Studie zeigt, dass diese Asymmetrie zu einer positiven Rückkopplung führt, die die globale Erwärmung verstärkt.“ Wolken, so der Forscher, ändern sich demnach durch den Klimawandel. Insgesamt gebe es etwas weniger Wolken, was eine zusätzliche Erwärmung der Erde bedeute.

Die Mechanismen hinter der Asymmetrie
Diese tägliche Asymmetrie der Wolkenbedeckung lässt sich auf verschiedene Faktoren zurückführen. Eine Hauptursache ist die zunehmende Stabilität in der unteren Troposphäre, die durch steigende Treibhausgaskonzentrationen verursacht wird. Diese Stabilität führt dazu, dass sich Wolken tagsüber weniger leicht bilden können, während sie nachts stabil bleiben oder sogar zunehmen.

Yong Han, Co-Autor der Studie, erläutert: „Die Veränderung der Wolkendecke ist nicht gleichmäßig über den Tag verteilt. Tagsüber, wenn die Sonneneinstrahlung am stärksten ist, haben wir eine größere Abnahme der Wolken beobachtet. Nachts, wenn die Erdoberfläche normalerweise abkühlt, hält die Wolkendecke die Wärme zurück und verstärkt dadurch den Treibhauseffekt.“

Ein Blick in die Zukunft
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Reduktion von Treibhausgasen noch dringlicher ist, da die Wolkenbedeckung nicht nur einfach auf die Erwärmung reagiert, sondern diese über den neuen Effekt noch weiter verstärkt“, warnt Johannes Quaas. Weitere Studien sind nach Ansicht der Wissenschaftler:innen notwendig, um Änderungen der Wolkenbedeckung besser zu verstehen. Auch Änderungen beispielsweise von Vegetation und ihrer Biodiversität stehen im Fokus der an der Universität Leipzig laufenden Studien, ebenso wie die Rolle der abnehmenden Luftverschmutzung.

Originalpublikation:
„Diurnally asymmetric cloud cover trends amplify greenhouse warming“, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado5179

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Quelle: Karlsruher Institut für Technologie 4. Juni 2024.

4. Juni 2024 – Grundwasser bildet das größte ungefrorene Süßwasserreservoir der Welt und ist für das Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung. Wie sich die globale Erwärmung auf dessen Temperatur auswirkt und was das für Mensch und Natur bedeutet, haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) jetzt untersucht. Die Studie zeigt, dass bis zum Jahr 2100 voraussichtlich mehr als 75 Millionen Menschen in Gebieten leben werden, in denen das Grundwasser den höchsten von einem Land festgelegten Grenzwert für die Trinkwassertemperatur überschreitet. Ihre Ergebnisse sind in Nature Geoscience veröffentlicht. (DOI: 10.1038/s41561-024-01453-x)

Das Klimasystem erwärmt sich. Grund dafür ist die erhöhte Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre, welche die Wärmeabstrahlung einschränken. Einen großen Teil dieser Wärme nehmen die Ozeane auf, aber auch Böden und das Grundwasser wirken als Wärmesenken. Bisher ist jedoch wenig darüber bekannt, wie sich diese Erwärmung der Erdoberfläche räumlich und zeitlich auf das Grundwasser auswirkt. „Um die Lücke zu schließen, haben wir die prognostizierten Veränderungen der Grundwassertemperatur bis zum Jahr 2100 auf globaler Ebene dargestellt“, sagt Dr. Susanne Benz vom Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung (IPF) des KIT, welche die Studie gemeinsam mit Dr. Kathrin Menberg und Professor Philipp Blum vom Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) des KIT erstellt hat. „Wir stellen globale Temperaturkarten für Grundwasser in verschiedenen Tiefen unter der Erdoberfläche zur Verfügung. Diese zeigen, dass an Orten mit flachem Grundwasserspiegel und/oder hoher atmosphärischer Erwärmung weltweit die höchsten Grundwassererwärmungsraten zu erwarten sind.“

Die Forschenden beziehen sich auf die Klimaszenarien „SSP2-4.5“ und „SSP5-8.5“. Solche Szenarien beschreiben verschiedene sozioökonomische Entwicklungen sowie unterschiedliche Verläufe des atmosphärischen Treibhausgasgehalts in der Zukunft. SSP2-4.5 stellt dabei etwa die Mitte der möglichen zukünftigen Treibhausgasentwicklungen dar, SSP5-8.5 den oberen Rand.

Millionen Menschen von zu warmem Trinkwasser betroffen
Die Studie zeigt, dass die Grundwassertemperaturen bis zum Jahr 2100 um 2,1 Grad Celsius nach SSP2-4.5 und um 3,5 Grad Celsius nach SSP5-8.5 ansteigen werden. „Schon heute leben rund 30 Millionen Menschen in Gebieten, in denen das Grundwasser wärmer ist, als die strengsten Richtlinien für Trinkwasser vorgeben. Das bedeutet, dass das Wasser dort nicht bedenkenlos direkt getrunken werden kann, sondern zum Beispiel abgekocht werden muss. Denn auch das Trinkwasser in den Wasserleitungen wird durch die Wärme im Boden aufgeheizt“, so die Wissenschaftlerin. „Je nach Klimaszenario werden bis zum Jahr 2100 bis zu mehrere Hundert Millionen Menschen betroffen sein.“ Nach SSP2-4.5 steige die Zahl auf 77 bis 188 Millionen Menschen, nach SSP5-8.5 auf 59 bis 588 Millionen an, so die Studie. Die starken Schwankungen hängen mit der räumlichen Variabilität des Klimawandels und der Bevölkerungsentwicklung zusammen. Die geringsten Erwärmungsraten prognostizieren die Forschenden für Gebirgsregionen mit tief liegendem Grundwasserspiegel wie die Anden oder die Rocky Mountains.

Temperaturänderungen beeinflussen Ökosysteme
Die Temperatur des Grundwassers spielt eine entscheidende Rolle für die Wasserqualität. Sie beeinflusst eine Vielzahl chemischer, biologischer und physikalischer Prozesse. „Wenn die Bedingungen stimmen, können steigende Grundwassertemperaturen indirekt dazu führen, dass sich schädliche Stoffe wie Arsen oder Mangan im Grundwasser anreichern. Diese erhöhten Konzentrationen können sich negativ auf die menschliche Gesundheit auswirken, insbesondere wenn das Grundwasser als Trinkwasserquelle genutzt wird“, sagt Benz. Zudem beeinflusse wärmeres Grundwasser den Temperaturhaushalt von Flüssen, grundwasserabhängige Ökosysteme, aquatische biogeochemische Prozesse und das geothermische Potenzial. Dies stelle eine Herausforderung für die biologische Vielfalt dar und berge das Risiko, dass Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufe gestört werden.

Darüber hinaus können die erhöhten Temperaturen im oberflächennahen Boden und im Grundwasser kritische Schwellenwerte in den Wasserverteilungsnetzen überschreiten. Dies könnte gesundheitliche Folgen haben, beispielsweise durch das Wachstum von Krankheitserregern wie Legionella spp. Auch Fischarten, insbesondere der Lachs, sind von den veränderten Bedingungen betroffen. Laichplätze in Flüssen, die auf das Grundwasser angewiesen sind, könnten durch die Erwärmung zu warm werden und so die Fortpflanzung gefährden. „Unsere Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, Maßnahmen zum Schutz der Grundwasserressourcen zu ergreifen und nachhaltige Lösungen zu finden, um den negativen Auswirkungen des Klimawandels auf das Grundwasser entgegenzuwirken“, appelliert Benz.

Details zum KIT-Zentrum Klima und Umwelt
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 10 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 800 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.

Originalpublikation
Susanne A. Benz, Dylan J. Irvine, Gabriel C. Rau, Peter Bayer, Kathrin Menberg,
Philipp Blum, Rob C. Jamieson, Christian Griebler, Barret L. Kurylyk: Global groundwater warming. Nature Geoscience, 2024.
DOI: 10.1038/s41561-024-01453-x
https://www.nature.com/articles/s41561-024-01453-x
pdf: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01453-x.pdf

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Quelle: Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung 3. Juni 2024.

3. Juni 2024 – Permafrostböden speichern viel CO₂ und werden oft als kritisches Kippelement im Erdsystem bezeichnet, das ab einer bestimmten Erderwärmung plötzlich und weltweit kollabiert. Doch das Bild einer tickenden Zeitbombe, die sich zunächst eher ruhig verhält und erst bei einem bestimmten Erwärmungsschwellenwert zündet, ist in der Forschung umstritten. Nach wissenschaftlicher Datenlage ist dieses Bild nicht korrekt, wie nun ein internationales Studienteam unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts zeigen konnte. Demnach gibt es nicht einen bestimmten globalen Klima-Kipppunkt, sondern viele lokale und regionale Kippelemente, die zu verschiedenen Zeitpunkten „zünden“, über die Zeit akkumulieren und den Permafrost so im Gleichschritt mit dem Klimawandel tauen lassen. Schnelles Handeln in der Gegenwart wird somit noch dringlicher, um möglichst viel Permafrost zu erhalten. Die Studie wurde nun im Fachmagazin Nature Climate Change veröffentlicht.

Permafrostböden bedecken etwa ein Viertel der Landfläche auf der Nordhalbkugel und speichern Unmengen von organischem Kohlenstoff in Form von abgestorbenen Pflanzenresten. Diese werden im gefrorenen Zustand nicht abgebaut. Erst wenn der Permafrost taut, werden Mikroorganismen aktiv und setzen viel Kohlenstoff als CO₂ und Methan in die Atmosphäre frei. Die steigenden globalen Temperaturen könnten diese gigantischen Speicher also aktivieren und den Klimawandel durch zusätzliche Emissionen massiv verstärken. In der öffentlichen Debatte ist deshalb immer wieder von einer „tickenden Kohlenstoff-Zeitbombe“ die Rede. Dies beruht auf der Annahme, dass der Permafrost ähnlich wie der Eisschild auf Grönland eines von mehreren Kippelementen im Erdsystem ist. Demnach schwindet der Permafrost im Zuge der globalen Erwärmung zunächst nur langsam. Erst beim Überschreiten eines kritischen Schwellenwertes verstärken sich die Auftauprozesse plötzlich selbst und ein rasanter, unumkehrbarer globaler Permafrost-Kollaps setzt ein. Obwohl ein solches Auftauszenario häufig vermutet wird, konnte bislang nicht geklärt werden, ob ein solcher Schwellenwert wirklich existiert und bei welcher Temperatur dieser überschritten werden könnte.

Dieser Frage ging nun ein internationales Forschungsteam um Dr. Jan Nitzbon vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) auf den Grund. „Tatsächlich ist die Darstellung des Permafrosts als globales Kippelement in der Forschung umstritten. Auf diese Unklarheit weist auch der Weltklimarat IPCC in seinem letzten Sachstandsbericht hin“, sagt der AWI-Forscher. „Wir wollten diese Wissenslücke schließen. Dazu haben wir für unsere Studie die verfügbare wissenschaftliche Literatur zu den Prozessen zusammengetragen, die das Auftauen von Permafrost beeinflussen und beschleunigen können. Unterlegt mit einer eigenen Datenanalyse haben wir alle aktuellen Erkenntnisse zu Auftauprozessen daraufhin bewertet, ob und auf welcher räumlichen Skala – lokal, regional, global – sie zu einem selbsterhaltenden Auftauen und somit zu einem ‘Kippen‘ bei einem bestimmten Erwärmungsschwellenwert führen können.“

Im Ergebnis zeigt die Studie klar: Es gibt sich selbst verstärkende, teilweise unumkehrbare geologische, hydrologische und physikalische Prozesse, diese wirken jedoch nur lokal oder regional. Ein Beispiel ist die Bildung sogenannter Thermokarst-Seen. Dabei schmilzt Eis in Permafrostböden, die daraufhin absinken. Das Schmelzwasser sammelt sich an der Oberfläche und bildet einen dunklen See, der viel Sonnenenergie absorbiert. Dadurch verstärkt sich die Erwärmung des Permafrosts unter dem See weiter und es entsteht ein sich selbst erhaltender Tauprozess in dem Gebiet um den See. Ähnliche verstärkende Rückkopplungen fanden sich auch bei anderen für den Permafrost relevanten Prozessen wie dem Verlust von borealen Nadelwäldern durch Brände – auch hier jedoch nur im lokalen bis regionalen Maßstab. „Es gibt keine Evidenz für sich selbst verstärkende interne Prozesse, die ab einem bestimmten Grad der globalen Erwärmung den gesamten Permafrost gleichzeitig erfassen und das Tauen global beschleunigen würden“, erklärt Jan Nitzbon. „Auch die geschätzte Freisetzung von Treibhausgasen würde mindestens bis zum Ende des Jahrhunderts nicht zu einem globalen Sprung in der Erderwärmung führen. Deshalb ist die Darstellung des Permafrosts als globales Kippelement irreführend.“

Eine Entwarnung für den Permafrost bedeutet dies allerdings nicht – ganz im Gegenteil. Denn die Studie macht deutlich, dass die Permafrostzone sehr heterogen ist. Viele kleine lokale Kipppunkte werden deshalb zu unterschiedlichen Zeiten und Erwärmungslevels überschritten und akkumulieren über die Zeit. Dadurch verläuft das weltweite Tauen des Permafrosts nicht langsam ansteigend und dann mit einem plötzlichen Sprung, sondern im Gleichschritt mit der globalen Erwärmung ansteigend bis zum Totalverlust bei etwa 5 bis 6 Grad Celsius globaler Erderwärmung. „Das bedeutet, dass schon heute und auch in naher Zukunft mehr und mehr Gebiete unausweichlich vom Auftauen betroffen sind“, sagt der AWI-Forscher. „Es gibt also – und so suggeriert es das Bild des Kipppunktes – keinen beruhigenden Erwärmungsspielraum, den man bis zum Schwellenwert noch ausreizen kann. Deshalb müssen wir die Permafrostgebiete mit noch besserem Monitoring im Auge behalten, die Prozesse noch besser verstehen und in Klimamodellen abbilden, um die Unsicherheiten noch weiter zu reduzieren. Und klar ist auch: Je schneller wir bei einem an die Treibhausgas-Emissionen gekoppelten Permafrostverlust als Menschheit Netto-Null-Emissionen erreichen, desto mehr Gebiete bleiben als einzigartiger Lebensraum und Kohlenstoffspeicher erhalten.“

Originalpublikation
Nitzbon, J., Schneider von Deimling, T., Aliyeva, M., Chadburn, S. E., Grosse, G., Laboor, S., Lee, H., Lohmann, G., Steinert, N., Stuenzi, S., Werner, M., Westermann, S., & Langer, M. (2023). No respite from permafrost-thaw impacts in the absence of a global tipping point. Accepted for Nature Climate Change. DOI: 10.1038/s41558-024-02011-4
https://www.nature.com/articles/s41558-024-02011-4

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Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) 29. Mai 2024.

29. Mai 2024 – Ein Forschungsteam unter Leitung der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hat nun eine neue, zuverlässige Methode entwickelt, die die Anzahl der Brutpaare sowie der Küken genau vorhersagen kann und damit ein Frühwarnsystem für das Fortschreiten des Klimawandels im Südlichen Ozean darstellt.

Seine Ergebnisse hat das Forschungsteam im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht.

FAU-Team entwickelt zuverlässige Methode zur Überwachung von Brutpaaren und Küken per Satellit
Die Überwachung der weltweiten Population von Kaiserpinguinen ist eine große Herausforderung, denn sie bewohnen abgelegene Gebiete der Antarktis. In den vergangenen zwei Jahrzehnten haben Forschende unter anderem Satellitenbilder eingesetzt, um die bedrohte Art zu verfolgen.

Obwohl wertvolle Populationsdaten gewonnen wurden, sind die bisherigen Zählungen jedoch inkonsistent und unzuverlässig, denn Satellitenbilder können nur zwischen Oktober und April aufgenommen werden, da sonst – im Polarwinter – nicht genug Tageslicht vorhanden ist, um die Tiere an ihren Brutstätten zu erfassen.

Außerdem kann die Anzahl der in einer Kolonie anwesenden Pinguine stark variieren, da die erwachsenen Tiere kommen und gehen und mit herkömmlichen Methoden nicht von Küken unterschieden werden können.

Forschende kombinieren Satellitenbilder und Wissen über Pinguinverhalten
Die neue Schätz-Methode kombiniert nun Satellitenbilder mit detailliertem Wissen über das Brutverhalten von Kaiserpinguinen. „Das bedeutet, die saisonalen Ereignisse und Bedingungen zum Zeitpunkt der Aufnahme der Satellitenbilder zu berücksichtigen“, sagt Daniel Zitterbart, einer der leitenden Autoren der Studie und Wissenschaftler an der FAU und der Woods Hole Oceanographic Institution (USA).

„Bei Kaiserpinguinen brüten zum Beispiel nur die Männchen die Eier aus. Die Weibchen sind während des Ausbrütens der Eier – circa 64 Tage – durchgehend im Meer und kommen erst nach dem Schlüpfen der Küken zurück. Außerdem spielt eine Rolle, wie die Pinguine die aktuelle Temperatur wahrnehmen – vergleichbar mit der gefühlten Temperatur beim Menschen, die unter anderem durch Wind oder Sonnenschein beeinflusst wird. Wenn die Tiere sich gegenseitig wärmen, stehen sie dichter und die Kolonie erscheint dadurch kleiner.“

„Kombinieren wir die Informationen aus den Satellitenbildern mit unserem Wissen über das Verhalten der Kaiserpinguine, können wir sehr viel genauer ableiten, wie viele Tiere in einer Kolonie leben“, sagt der Hauptautor der Studie, FAU-Doktorand Alexander Winterl.

„Unsere Schätzungen haben wir mit bestehenden Datensätzen verglichen, die über einen Zeitraum von zehn Jahren in zwei Kaiserpinguinkolonien in der Antarktis gesammelt wurden. Dabei sehen wir, dass herkömmliche Methoden Trends nur über Dekaden hinweg messen können, Schwankungen innerhalb eines Jahres oder innerhalb weniger Jahre aber nicht darstellen können.”

Frühwarnsystem für die Gesundheit des Südlichen Ozeans
„Wir brauchen die genauen Populationsdaten nicht nur, um diese Art zu schützen, sondern auch um die Menschen auf die extremen Veränderungen im Südlichen Ozean und die Auswirkungen des Klimawandels aufmerksam zu machen“, betont Winterl.

„Der rasche Rückgang des Eises auf und um die Antarktis bedroht Lebensgrundlage der Tiere. Frühere Modellstudien legen nahe, dass über 90 Prozent der Kaiserpinguinkolonien bis zum Jahr 2100 ohne erhebliche Reduzierung der Treibhausgasemissionen verschwinden werden.“

„Kaiserpinguine stehen an der Spitze der Nahrungskette. Sie spiegeln wider, wie die unteren Ebenen des marinen Nahrungsnetzes vom Klimawandel betroffen sind“, erläutert Co-Autor Zitterbart.

„Diese Forschung hat das Potenzial, den Kaiserpinguin von einer schwer zu untersuchenden Art zu einem Frühwarnsystem für die Gesundheit des Ökosystems im Südlichen Ozean zu machen. Mit dieser neuen Methode ist unser nächstes Ziel, jährliche Satellitenbilder zu verwenden, um genaue Populationszählungen und den Bruterfolg an allen 66 bekannten Kaiserpinguinkolonien zu erhalten.“

Publikation
Remote sensing of emperor penguin abundance and breeding success
DOI: 10.1038/s41467-024-48239-8
https://www.nature.com/articles/s41467-024-48239-8
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-024-48239-8.pdf

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