Quelle: Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg 10. Oktober 2022.

10. Oktober 2022 – Am Forschungs- und Transferzentrum Nachhaltigkeit und Klimaforschung der HAW Hamburg untersucht das Forschungsprojekt „Ukraine-Nature“ (Juli 2022 bis Dezember 2023) das Ausmaß der Kriegsschäden in Schutzgebieten der Ukraine. Schäden in sensiblen Ökosystemen sollen überwacht und dokumentiert werden, auch um eine Grundlage für künftige Wiederherstellungsmaßnahmen zu liefern. Das Forschungsvorhaben wird von Prof. Dr. Dr. Walter Leal koordiniert und von der ukrainischen Wissenschaftlerin Dr. Maria Fedoruk durchgeführt. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt fördert das Projekt jetzt mit 124.000 Euro.

In der Ukraine liegen viele ökologisch intakte Naturräume wie Feuchtgebiete und Wälder und eine große Fläche bislang unberührter Steppe. Russische Truppen haben inzwischen in mehr als einem Drittel der geschützten Naturgebiete des Landes Militäroperationen durchgeführt. Dadurch wurden Ökosysteme und die Lebensgrundlage vieler Tier- und Pflanzenarten stark beeinträchtigt. Das am Forschungs- und Transferzentrum Nachhaltigkeit und Klimaforschung (FTZ-NK) der HAW Hamburg durchgeführte Forschungsprojekt Ukraine-Nature untersucht die Auswirkungen des Ukraine-Krieges auf die Umwelt. Die Schäden in den sensiblen und einzigartigen Naturlandschaften sollen überwacht und dokumentiert werden. Das Ziel ist, eine Datengrundlage zu schaffen, die unter anderem bei künftigen Wiederherstellungsmaßnahmen unterstützt.

„Es gibt Anzeichen dafür, dass die Umweltzerstörung eine ausdrückliche militärische Taktik ist. Die militärischen Aktivitäten haben in einigen Gebieten Brände ausgelöst, die so groß sind, dass sie vom Weltraum aus zu sehen sind. Wir haben Anlass zur Sorge, dass zum Beispiel wichtige Bruthabitate für Vögel betroffen sind“, sagt Prof. Dr. Dr. Walter Leal, Leiter des FTZ-NK am Campus Life Sciences der HAW Hamburg.

Die Nationalparks, Naturschutzgebiete und andere geschützte Gebiete in der Ukraine erbringen wichtige Ökosystemleistungen zum menschlichen Wohlbefinden und versorgen unter anderem die Menschen mit landwirtschaftlichen Produkten wie Getreide. Dadurch, dass Soldaten Gräben ausheben, Panzer über die Vegetation fahren und diese stark verdichten und Sprengstoffe Brände auslösen, sind deren natürlichen Ressourcen stark bedroht. Dazu stoßen die eingesetzten Waffen giftige Gase und Partikel in die Luft und Schwermetalle gelangen in den Boden und ins Wasser. „Kriege zerstören Menschenleben und Lebensräume, töten Wildtiere, verursachen Umweltverschmutzung und schädigen Ökosysteme in hohem Maße, mit Folgen, die Jahrzehnte lang anhalten. Die Umwelt ist ein stilles Opfer des Konflikts“, so Prof. Walter Leal.

Weitere Informationen:
https://www.haw-hamburg.de/forschung/forschungsprojekte-detail/project/project/show/ukraine-nature/

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• Planet Erde

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Quelle: GFZ.

19. Januar 2022 – Das Startdatum wird immer konkreter: Der Umweltsatellit EnMAP wird im April 2022 vom US-amerikanischen Weltraumbahnhof Cape Canaveral (Florida) mit einer Falcon-9-Rakete ins All fliegen. Unter der wissenschaftlichen Leitung des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ soll EnMAP spektral hoch aufgelöste Bilder der Erdoberfläche in mehr als zweihundert schmalen aneinander angrenzenden Wellenlängenbändern aufnehmen, so genannte Hyperspektralbilder mittels abbildender Spektroskopie.

„Wir versprechen uns davon detaillierte Informationen über die Vegetation und den Klimawandel, aber auch über Boden- und mineralische Ressourcen, Gewässergüte und Umweltverschmutzungen“, sagt Sabine Chabrillat, Arbeitsgruppenleiterin in der GFZ-Sektion „Fernerkundung und Geoinformatik“ und wissenschaftliche Leiterin der Mission. Die Projektkoordination liegt bei der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn. Entwickelt und gebaut hat den Erdbeobachter die OHB System AG in Bremen. Das Unternehmen SpaceX stellt die Trägerrakete und hat das Startfenster auf 30 Tage beginnend mit dem 1. April festgelegt.

„Der Start markiert einen Meilenstein in der GFZ-Geschichte“, sagt der wissenschaftliche Vorstand (Interim) des GFZ, Niels Hovius. „Die Kolleginnen und Kollegen am GFZ arbeiten seit vielen Jahren gemeinsam mit der internationalen EnMAP Science Advisory Group am Forschungsprogramm der Mission.“ Das Potsdamer Team koordiniert auch das große EnMAP-PI-Projekt zur wissenschaftlichen Nutzungsvorbereitung und Unterstützung der Mission. Es wird gemeinsam mit den Partnerinstitutionen Humboldt-Universität Berlin, Universität Greifswald, AWI Bremerhaven und LMU München getragen.

Das Projekt umfasst ein umfangreiches wissenschaftliches Programm einschließlich der Entwicklung von freier und quelloffener Software für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Die entwickelten Werkzeuge zur unabhängigen Vorverarbeitung von EnMAP-Daten und zur Analyse von Hyperspektraldaten in verschiedenen Anwendungsbereichen wie Bodenkartierung, Mineralienexploration, Landwirtschaft sowie Binnen- und Küstengewässer werden in der EnMAP-Box zur Verfügung gestellt. Es handelt sich dabei um eine freie und offene Toolbox, die im Rahmen des EnMAP-Wissenschaftsprogramms entwickelt und im ebenfalls frei verfügbaren Geodatenverarbeitungsprogramm QGIS als Erweiterung verfügbar gemacht wurde.

Eine weitere wichtige wissenschaftliche Aufgabe der aktuellen Projektphase ist die wissenschaftliche Validierung und Datenqualitätsbewertung der EnMAP-Strahlungs- und Reflexionsdaten, die während der sechsmonatigen Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb durchgeführt werden soll. Der Validierungsplan wird bereits in Zusammenarbeit mit mehreren internationalen Partnern vorbereitet, die Messungen an geeigneten Referenzstandorten auf der ganzen Welt beisteuern werden.

Darüber hinaus sind eine Reihe von Schulungs- und Gemeinschaftsbildungsaktivitäten im Gange, wie z. B. die Entwicklung von Online-Lernressourcen und Online-Kursen zur abbildenden Spektroskopie im Rahmen der Bildungsinitiative HYPERedu. Der erste Massive Open Online Course (MOOC „Beyond the Visible – Introduction to Hyperspectral Remote Sensing“) zu den Grundlagen der bildgebenden Spektroskopie wurde bereits im November 2021 eröffnet und richtet sich an potenzielle künftige Nutzende von EnMAP- und hyperspektralen Fernerkundungsdaten, wie Studierende sowie Fachleute aus Forschung, Unternehmen, Behörden und Regierungseinrichtungen. Der Kurs hat schon mehr als 800 Anmeldungen. Saskia Förster, Wissenschaftlerin in der Sektion Fernerkundung und Geoinformatik, sagt: „Wir erwarten, dass die EnMAP-Daten von einer wachsenden Zahl von Nutzerinnen und Nutzern für die Kartierung und Überwachung des Zustands von Ökosystem sowie für die Bewirtschaftung natürlicher Ressourcen und die Bewertung von Gefahren und Risiken eingesetzt werden.“

EnMAP – die deutsche Umweltmission und ihre Partner
Die Umweltmission EnMAP wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Leitung des GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ).

Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Bodensegments sind drei Institute und Einrichtungen des DLR beauftragt worden: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen wird den Satellitenbetrieb durchführen und überwachen. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum und das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung werden die empfangenen Satellitendaten archivieren, prozessieren, validieren und für die Wissenschaft zugänglich machen. Auch Firmen und Behörden werden die Daten ausprobieren und damit künftige Services vorbereiten. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWK-Förderprogramme unterstützt.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: Universität Bayreuth.

17. November 2021 – Die Prozesse beschreiben Forscher*innen der Universität Bayreuth in einer neuen, in „Microplastics and Nanoplastics“ veröffentlichten Studie. In einer ersten, in mehrfacher Hinsicht noch mit Unsicherheiten behafteten Abschätzung kommen sie zu dem Ergebnis: Weltweit könnten infolge von Regenfällen jährlich bis zu 100 Billionen Mikroplastik-Partikel in die Atmosphäre gelangen.

Die Untersuchungen zeigen: Schlägt ein Regentropfen auf eine Wasseroberfläche auf, werden Tröpfchen aus einem kleinen ringförmigen Bereich um die Einschlagsstelle in die Luft geschleudert. Sie stammen aus einer Tiefe von wenigen Millimetern unterhalb der Wasseroberfläche. Die in den Tröpfchen enthaltenen Mikroplastik-Partikel haben fast die gleiche Konzentration wie in dieser schmalen Wasserschicht. Auch ihre Flugbahnen in der Luft sowie ihre Flugdauer haben die Bayreuther Wissenschaftler*innen berechnet. Daraus ergibt sich ein klares Bild: Das Wasser von Regentropfen, das frei von Mikroplastik ist, landet in den Ozeanen, während plastikhaltiges Wasser aus den Ozeanen in die Luft gelangt. Wenn die Tröpfchen so lange in der Luft fliegen, bis sie verdunsten, entlassen sie die Mikroplastik-Partikel in die Atmosphäre. Dies geschieht besonders häufig oberhalb der Wasseroberflächen von Ozeanen, wo Windverhältnisse und Temperaturen eine vergleichsweise lange Flugdauer und eine rasche Verdunstung begünstigen. Die meisten der in die Luft geschleuderten Mikroplastik-Partikel fallen allerdings nach einer kurzen Flugdauer wieder zurück ins Wasser.

„Es war eine riesige Herausforderung festzustellen, wie viele Tröpfchen durch einen einzigen einschlagenden Regentropfen hochgeschleudert werden, wie groß und wie schnell diese Tröpfchen sind und wie viele Mikroplastik-Partikel sie möglicherweise enthalten. Experimente allein hätten zu wenige Informationen geliefert. Deshalb haben wir für Simulationen dieser Prozesse einen völlig neuen Code erarbeitet und ein Computermodell entwickelt, das es erlaubt, diese Fragen mit hoher Genauigkeit und in einer noch nie dagewesenen Detailtiefe zu beantworten“, sagt der Koordinator der Studie, Prof. Dr. Stephan Gekle, Professor für die Simulation und Modellierung von Biofluiden an der Universität Bayreuth. „Wie realistisch unsere Simulationen sind, zeigt sich beim Vergleich mit technisch anspruchsvollen Experimenten: Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von einschlagenden Regentropfen bestätigen die auf unserem Modell basierenden Berechnungen“, sagt Erstautor Moritz Lehmann, Physik-Doktorand an der Universität Bayreuth.

Um herauszufinden, wie viele Mikroplastik-Partikel durch diese Prozesse letztlich in der Atmosphäre landen, haben die Bayreuther Forscher*innen eine Vielzahl empirisch verfügbarer Daten zusammengeführt und in ihre Berechnungen einbezogen. Diese Daten betreffen unter anderem die Mikroplastik-Konzentrationen an Meeresoberflächen, die jährlichen Niederschlagsmengen, die von der Regenintensität abhängige Größe der Regentropfen und die zeitliche Verteilung der Regenintensität. Eine erste Abschätzung führt zu dem Ergebnis, dass durch die Einschläge von Regentropfen auf Wasseroberflächen weltweit bis zu 100 Billionen Mikroplastik-Partikel pro Jahr in die Atmosphäre gelangen könnten.

Die Autor*innen betonen, dass diese Abschätzung noch mit zahlreichen Unsicherheiten und Ungenauigkeiten behaftet ist: Turbulenzen im Wind, welche die Einschlagskraft von Regentropfen beeinflussen können, wurden in die Berechnungen noch nicht einbezogen. Zudem weisen die Meeresoberflächen auf der Erde nicht überall eine gleich hohe Konzentration von Mikroplastik-Partikeln auf – im Gegenteil, die Unterschiede sind sehr groß. Satellitenmessungen in Verbindung mit Wettermodellen könnten aber schon bald genaueren Aufschluss über die „Hotspots“ geben, an denen besonders viele Mikroplastik-Partikel aus dem Ozean in die Atmosphäre transportiert werden.

Forschungsförderung und Kooperation:
Die in der Fachzeitschrift „Mikroplastics and Nanoplastics“ veröffentlichte Studie ist aus einem Forschungsprojekt des von der DFG geförderten Sonderforschungsbereichs „Mikroplastik“ an der Universität Bayreuth hervorgegangen. Das Bayreuther Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Stephan Gekle hat dabei mit Prof. Dr. Andreas Held, Professor für Umweltchemie und Luftreinhaltung an der TU Berlin, zusammengearbeitet.

Veröffentlichung:
Moritz Lehmann, Lisa Marie Oehlschlägel, Fabian P. Häusl, Andreas Held, Stephan Gekle: Ejection of marine microplastics by raindrops: a computational and experimental study. Microplastics and Nanoplastics (2021)

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