Quelle: Universität Leipzig 21. September 2022.

21. September 2022 – Die globale Erwärmung wird durch die Emission von Treibhausgasen verursacht. Im Vergleich zur vorindustriellen Zeit ist die Temperatur laut Weltklimarat IPCC bis 2019 um 1,1 Grad Celsius angestiegen. Gleichzeitig werden etwa bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe Aerosole in Form von Schadstoffpartikeln wie Ruß oder Schwefelsäure freigesetzt, die unser Klima abkühlen. Sie reflektieren das Sonnenlicht und erhöhen auch das Reflexionsvermögen der Wolken. Laut IPCC kühlten die Aerosole im Jahr 2019 das Klima um 0,5 Grad Celsius ab. Andere Effekte wie die veränderte Landnutzung spielen ebenfalls eine Rolle.

Studie findet Belege für abnehmende Aerosolbelastung
In einer neuen internationalen Analyse haben Prof. Dr. Johannes Quaas, Meteorologe von der Universität Leipzig, und Kolleg:innen aus Europa, China und den USA nun belastbare Belege für diesen Klimaeffekt der verbesserten Luftqualität dokumentiert. „Wir haben die Daten der NASA-Satelliten Terra und Aqua analysiert. Sie liefern seit dem Jahr 2000 umfassende Satellitenbeobachtungen der Erde und messen die ein- und ausgehende Strahlung, Wolkenbildung sowie die Aerosolbelastung. Diese nahm über Nordamerika, Europa und Ostasien seit 2000 deutlich ab“, sagt Prof. Dr. Johannes Quaas, Erstautor der aktuellen Studie, die bei einem Treffen der beiden europäischen Forschungsprojekte CONSTRAIN und FORCES initiiert wurde.

Kühlung durch Aerosole zurückgegangen
Mit dem Rückgang der Aerosolbelastung hat sich auch ihre kühlende Wirkung verringert. Im Vergleich zum Jahr 2000 hat dies zu einer Zunahme des Erwärmungseffekts geführt: Die Erwärmung aufgrund niedriger Aerosolbelastung beträgt 50 Prozent im Vergleich zur Erderwärmung durch Kohlendioxid. „Unsere Studie ist nicht so zu interpretieren, dass wir nun mehr Aerosole ausstoßen sollten, um das Klima abzukühlen. Ganz im Gegenteil: Aerosole sind schädlich für Menschen und Umwelt und sollten deshalb weiter reduziert werden“, schlussfolgert Quaas. Folgerichtig seien die Rechtsvorschriften zur Luftqualität seit den 1970er Jahren immer strenger geworden und von immer mehr Ländern umgesetzt. Daher fordert der Meteorologe zusammen mit seinen Kolleg:innen in der neuen Studie umso dringender eine rasche und starke Verringerung der Treibhausgasemissionen.

Originalpublikation
Originalpublikation in Atmospheric Chemistry and Physics: “Robust evidence for reversal in the aerosol effective climate forcing trend“, DOI: 10.5194/acp-22-12221-2022
https://acp.copernicus.org/articles/22/12221/2022/

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• Klimawandel

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Quelle: DLR 17. August 2022.

17. August 2022 – Satellitendaten zeigen das ganze Ausmaß der Waldbrände, die aktuell in Europa lodern. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bietet einen neuen Service an, mit dem die Entwicklungen tagesaktuell und im zeitlichen Verlauf beobachtet werden können. Die Satellitendaten werden automatisch ausgewertet und in eine Karte übertragen. Das ZKI Fire Monitoring System steht ab sofort zur Verfügung und ist kostenfrei nutzbar.

„Wir können nicht nur sagen, wo es gebrannt hat. Sondern auch, wie sehr die Vegetation betroffen ist. Dies ist unter anderem für die Abschätzung der entstandenen Emissionen wichtig“, sagt Gruppenleiter Dr. Torsten Riedlinger vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) in Oberpfaffenhofen. Für einen großen Brand südlich der französischen Stadt Bordeaux, die in der vergangenen Woche besonders betroffen war, haben die Satelliten zum Beispiel eine verbrannte Fläche von fast 8100 Hektar erkannt. „Es handelte sich um einen besonders schweren Brand, bei dem dichter Wald zerstört wurde. Wir können das über einen speziellen Index feststellen, der die verbrannte Biomasse anzeigt“, erklärt Torsten Riedlinger.

45 größere Brände in Deutschland seit Anfang Juli
Auch in Deutschland kämpfen die Feuerwehren gegen Waldbrände, die durch die extreme Trockenheit begünstigt werden. Seit Anfang Juli gab es laut ZKI Fire Monitoring System in Deutschland 45 größere Brände. Dabei sind mehrere tausend Hektar Wald, Busch- und Weideland zerstört worden. Die schwersten Brände ereigneten sich in Brandenburg bei Falkenberg, wo eine Fläche von 780 Hektar brannte, und in der Sächsischen Schweiz in der Grenzregion zu Tschechien. Dort brannte in Tschechien und Deutschland eine Fläche von insgesamt 1160 Hektar.

Die Daten stammen von den beiden Sentinel-3 Satelliten, die mit unterschiedlichen Instrumenten zur Beobachtung der Land- und Ozeanoberflächen ausgestattet sind. Das Satelliten-Duo gehört zum europäischen Copernicus-Programm. Über ihre optischen Systeme erfassen die Sentinel-3 Satelliten die Erdoberfläche mit einer Bodenauflösung von etwa 300 Metern. Die Sentinel-3 Satelliten überqueren auf ihren polaren Umlaufbahnen in etwa 800 Kilometern Höhe Europa jeden Tag. Auch mit den amerikanischen Satelliten Aqua und Terra (Flughöhe rund 700 Kilometer) können Waldbrände mehrmals am Tag beobachtet werden. Sie senden täglich ihre Daten, sobald sie die DLR-Empfangsstationen in Neustrelitz (Mecklenburg-Vorpommern) oder Oberpfaffenhofen (Bayern) überfliegen. Die Ergebnisse sind schon etwa 20 Minuten nach dem Satellitenüberflug verfügbar.

Um die Qualität der Aussagen zu verbessern, werden die Daten über mehrere Tage hinweg kontinuierlich verfeinert. Das heißt, die Daten werden nachträglich noch einmal abgeglichen, neu berechnet und überprüft. Das läuft ebenfalls automatisch. Die Nachprozessierung ist wichtig, weil Satelliten mit optischen Instrumenten – anders als etwa Radarsatelliten – nicht durch eine Wolkendecke schauen können.

Unterscheidung zwischen Waldbränden und Bränden auf landwirtschaftlich genutzten Flächen
Die DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben alle Brände in Europa seit 2016 analysiert. Die Karten zeigen, dass viele Brände – vor allem in Süd- und Osteuropa – nicht im Wald, sondern auf landwirtschaftlich genutzten Flächen vorkommen. Im vergangenen Jahr wurden zum Beispiel Brände mit einer Größenordnung von 3,7 Millionen Hektar erkannt. Davon handelte es sich bei rund 1 Million Hektar um Waldbrände. 2017 war das Jahr mit den stärksten Bränden im Beobachtungszeitraum: 5,2 Millionen Hektar standen in Flammen, davon entfielen 1,3 Millionen Hektar auf Wälder. „Besonders betroffen war in dem Jahr Portugal, wo sich Waldbrände auf 3,8 Prozent der gesamten Landesfläche ausdehnten“, sagt Dr. Michael Nolde von der DFD-Abteilung Georisiken und zivile Sicherheit, der die Auswertung der Daten leitet.

Georisiken und zivile Sicherheit
In der Abteilung Georisiken und zivile Sicherheit im Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des DLR entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Informationsprodukte aus Erdbeobachtungsdaten. Die Forschenden integrieren die Informationsprodukte in Systemlösungen und betreiben entsprechende Services. Ein Schwerpunkt liegt auf der Unterstützung von Maßnahmen bei Umwelt- und Naturgefahren, bei humanitären Krisensituationen sowie zu Fragen der zivilen Sicherheit.

Die thematischen Services stellen aktuelle krisenrelevante Informationen bereit, die für die unmittelbare Krisenreaktion und Notfallkartierung benötigt werden. Außerdem werden sie für die Katastrophenvorsorge und Abschätzung von Georisiken, für die Frühwarnung bei Naturgefahren und technischen Unfällen sowie für Wiederaufbaumaßnahmen verwendet. Die Arbeiten sind in nationale, europäische und internationale Kooperationen eingebunden. Das Zentrum für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) ist eine Einrichtung im DFD.

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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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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: AFP, BBC, Bloomberg, NASA.

In einem Entwurf für einen Bericht einer Kommission, die die wirtschaftlichen und sicherheitspolitischen Beziehungen zwischen den Vereinigten Staaten von Amerika und China untersucht (U.S.-China Economic and Security Review Commission, USCC), wird der Hackerangriff auf die US-amerikanischen Satelliten angeführt.

Betroffen waren mutmaßlich die beiden Erdbeobachtungssatelliten Landsat 7 und Terra alias EOS AM-1, die durch eine Bodenstation in Norwegen angesprochen worden sein sollen. Landsat 7 dient insbesondere der Erdbeobachtung und Klimaforschung, Terra der detaillierten Untersuchung von Bodenstrukturen.

Der Entwurf zeigt die Risiken auf, die wegen mangelhaft geschützte Kommunikationswege bestehen. Bei Satelliten mit sensibleren Aufgaben könnten die Gefahren für ihre Nutzer durchaus bedeutende Dimensionen erreichen. Es erscheint möglich, Satelliten mutwillig zu beschädigen oder außer Betrieb zu setzten. Es besteht die Gefahr, dass vom Satelliten gesendete Daten verfälscht, und Übertragungen des Satelliten abgeschwächt oder völlig unterdrückt werden.

In frühere Versuche, in Satellitensysteme einzudringen, sind nach Angaben in dem Berichtsentwurf Personen aus dem chinesischen Untergrund involviert. Die chinesische Regierung bestritt wiederholt eine eigene Rolle bei dieser Art von Computerkriminalität. Inwiefern mit einem möglichen von Interessierten durchgeführten Austesten von technisch Machbarem Politik betrieben wird, ist nicht ohne Weiteres festzustellen.

Entscheiden ist, zu berücksichtigen, dass es bei der heute gängigen Verbindung von Satellitensystemen von Regierungen und militärischen Organisationen mit dem Internet erforderlich ist, die Zugriffsmöglichkeiten für Befugte bestmöglich abzusichern, und die Sicherheit von Einzelsystemen auch für Stör- und Ausfallszenarien genau zu untersuchen.

Landsat 7, dessen Daten angeblich insbesondere vom US-Militär genutzt werden, ist beispielsweise kein klassisches, völlig isoliertes militärisches System. Von der kommerziellen Satellitenstation SvalSat auf Svalbard (Spitzbergen) in Norwegen, welche über das Internet unter anderem mit der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA verbunden ist, war der nicht autorisierte Zugriff auf den Satelliten wohl möglich.

Am 20. Oktober 2007 litt Landsat 7, der von der NASA zusammen mit dem Geologischen Dienst der USA betrieben wird, nach Angaben in dem Berichtsentwurf mindestens 12 Minuten unter fremder Beeinflussung. Am 23. Juli 2008 soll selbiges noch einmal geschehen sein.

Auf Terra gab es laut Berichtsentwurf am 20. Juni und am 22. Oktober 2008 unberechtigte Zugriffe. Beim ersten mindestens zwei Minuten dauernden Angriff habe man alle zur Absetzung von Kommandos an den Satelliten erforderlichen Schritte durchgeführt, aber keine Befehle gesendet. Letzteres habe sich auch beim mindestens neun Minuten dauernden zweiten Angriff nicht geändert.

Landsat 7 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 25.682 bzw. als COSPAR-Objekt Nr. 1999-020A , Terra alias EOS AM-1 mit der NORAD-Nr. 25.994 bzw. als COSPAR-Objekt Nr. 1999-068A.

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: NASA. Vertont von Julian Schlund.

Erdbeben und vulkanische Aktivitäten sind Phänomene, die unstrittig ähnliche Ursachen haben. Meist bilden sich aus tektonischen Gründen Spannungen im Erdinnern, die sich schließlich in Erdbeben entladen. Erdbebengefährdete Regionen beherbergen gleichzeitig oft auch aktive Vulkane. Der Grund dafür sind die tektonischen Platten, die an ihren Rändern Spannungen aufbauen, indem sie sich gegenseitig überpflügen, (subduzieren). An diesen Subduktionszonen bildet die untergepflügte (subduzierte) Platte Schmelzen, die nach oben steigen.

Wissenschaftler der NASA haben kürzlich aus dem All einen deutlichen Zusammenhang zwischen Erdbeben und vulkanischer Aktivität festgestellt. Dazu wurden die bekannten Vulkane der betroffenen Region direkt nach einem Erdbeben genau beobachtet. Dies ist möglich mithilfe der NASA-Erdbeobachtungssatelliten Terra und Aqua, die ständig nach Hitzequellen auf der Erde Ausschau halten, bei denen es sich neben Vulkanausbrüchen auch um Brände handeln kann. Dazu wird das Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) verwendet, das sich an Bord beider Satelliten befindet.

Genauer untersucht wurden die Auswirkungen eines Erdbebens auf der indonesischen Insel Java, die in einem seismisch hochaktiven Gebiet liegt. Im Mai 2006 wurden hier an drei aufeinander folgenden Tagen schwere Erdstöße registriert, alle um 6,4 Magnituden auf der Richter-Skala. Daraufhin konnten die NASA-Wissenschaftler eine neun Tage andauernde erhöhte vulkanischen Aktivität feststellen.
„Während dieses Zeitraums konnten wir klar zeigen, dass das Erdbeben nicht nur größere Hitzeemissionen der Vulkane sondern auch vermehrte Lavaeruptionen ausgelöst hatte, die höher waren als vorangegangene Eruptionen“, sagte Andrew Harris von der Universität von Hawaii.

Die beiden betroffenen Vulkane Merapi und Semeru befinden sich 50 Kilometer nördlich bzw. 280 Kilometer südlich des Epizentrums des Bebens. Damit gehen die Forscher davon aus, dass die seismischen Wellen des Erdbebens ausgereicht haben, in den Magmakammern der Vulkane wie eine Pumpe geschmolzenes Material nach oben zu befördern und damit die normale Eruptionsrate zu erhöhen. „Die Reaktionen von Merapi und Semeru hinkten dem Erdbeben rund drei Tage hinterher. Dies könnte die Zeit widerspiegeln, die nötig war, um das zähflüssige Magma zu den Schloten zu transportieren“, sagte Harris.

Jedoch ist Vorsicht geboten, denn eine zuverlässige Vorhersage von Vulkanausbrüchen ist mit der Erkenntnis, dass ein Zusammenhang zwischen Erdbeben und vulkanischer Aktivität besteht, noch nicht gewonnen. Immerhin ist der Hauptgrund für große Eruptionen ein hoher Druck in der Magmakammer, die durch nachströmendes zähflüssiges Material aus der Tiefe gespeist wird. Die „seismische Pumpe“ kann hier nur als Katalysator wirken. Zudem weisen die NASA-Forscher darauf hin, dass Erdbeben zwar die Ausbruchsstärke regionaler Vulkane beeinflusst, eine zuverlässige Vorhersage von Ausbrüchen aber nicht immer möglich ist. Auch die relativ kurze erhöhte Aktivität wenige Tage nach dem Erdbeben auf Java, macht weitere Untersuchungen dieser Art nötig, bevor genauere Aussagen über zukünftige Vulkanausbrüche möglich sind.

Dennoch sind die Wissenschaftler zuversichtlich. Immerhin ist es erst durch die seit wenigen Jahren verfügbaren hochempfindlichen Wärmesensoren der NASA-Erdbeobachtungssatelliten möglich, eine Karte der globalen Wärmequellen zu erstellen. Die Forscher wollen nun erst einmal die Daten des Instruments MODIS auswerten, die bis ins Jahr 2000 zurückreichen und Zusammenhänge zu aufgezeichnten Erdbeben suchen.

Eine bessere Vorhersage von Vulkanausbrüchen weckt derweil nicht nur akademisches Interesse. Immerhin gehört gerade der angesprochene Vulkan Merapi zu den weltweit gefährlichsten Vulkanen. Er wird als plinianischer Vulkan von einem sauren (d.h. SiO₂-reichen) Magma gespeist, das dadurch sehr zähflüssig ist. Es muss sich ein gewaltiger Druck anstauen, bevor es zu einem Ausbruch kommen kann. Der Vulkantyp ist nach dem römischen Naturforscher Plinius d.Ä. benannt, der 79 n.Chr. beim Ausbruch des Vesuv ums Leben kam, bei dem die römische Stadt Pompeji vollkommen mit Asche bedeckt wurde. Es gilt, den Indonesiern rund um den Merapi ein ähnliches Schicksal zu ersparen. Allein in der Stadt Yogyakarta, 35 Kilometer südlich des Vulkans, leben mehr als drei Millionen Menschen.

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