KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Als Folge der Erderwärmung ist der Meeresspiegel in den vergangenen 50 Jahren im Mittel um rund zehn Zentimeter gestiegen.

Wann wird diese Insel verschwunden sein? – Foto: A. Dreher / Pixelio

Nach Einschätzung vieler Klimaforscher dürfte sich der Anstieg in den kommenden Jahrzehnten noch beschleunigen. Wie Wissenschaftler des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) jetzt zeigen konnten, gibt es dabei aber große regionale Unterschiede. Ursache dafür sind Veränderungen in den Meeresströmungen, die vor allem im tropischen Pazifik und im Indischen Ozean zu stark schwankenden Wasserständen führen.

Warum stieg der Meeresspiegel in einigen Regionen des tropischen Indischen Ozeans und Pazifiks in den vergangenen 15 Jahren stark an, während es in den Jahrzehnten zuvor dort sinkende Wasserstände gab? Den Ursachen sind nun Kieler Meeresforscher durch Computersimulationen auf die Spur gekommen. Ihre jetzt in der internationalen Fachzeitschrift Geophysical Research Letters publizierte Studie zeigt, dass Schwankungen in den Meeresströmungen, verursacht durch die Passatwinde im tropischen Pazifik, eine Schlüsselrolle spielen.

Den Einfluss von Wind und Meeresströmungen bekommt der tropische Pazifik vor allem infolge des El Niño-Phänomens zu spüren. „Das damit verbundene Hin-und Herschwappen des warmen Oberflächenwassers führt dort zu einem fortwährenden Auf und Ab des Meeresspiegels um bis zu 20 cm innerhalb weniger Jahre“, erläutert Dipl. Ozeanographin Franziska Schwarzkopf, Autorin der Studie vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR).

Während diese kurzfristigen Schwankungen durch moderne Satelliten-Messungen sehr gut dokumentiert sind, war über das Muster längerfristiger Veränderungen bislang wenig bekannt: „Unsere mit neuentwickelten Strömungsmodellen vorgenommenen Computersimulationen zeigen, dass die regionalen Wasserstände auch noch über Zeiträume von mehreren Jahrzehnten durch Windänderungen und Meeresströmungen geprägt werden“, erklärt der Leiter der Kieler Ozean-Modellierung und Co-Autor der Studie, Professor Claus Böning. Überraschender Befund der Kieler Forscher: Im Mittel über die letzten 50 Jahre erfuhren einige Bereiche im tropischen Pazifik und Indik dadurch entgegen dem globalen Trend einen fallenden Meeresspiegel.

Die neuen Ergebnisse zum Meeresspiegelanstieg der letzten Jahrzehnte bedeuten eine zusätzliche Herausforderung für die Klimamodellierung: “Ob eine tropische Inselgruppe in den nächsten Jahrzehnten mit einem wesentlich höheren Anstieg als im globalen Durchschnitt rechnen muss oder ob der Meeresspiegel dort vorübergehend sogar fallen könnte, hängt entscheidend von der Entwicklung der Windsysteme und Meeresströmungen ab”, so Böning. “Künftige Forschungsprogramme werden den regionalen Schwankungen in den Ozeanen eine verstärkte Aufmerksamkeit widmen.”

Originalarbeit
Schwarzkopf, F.U. and C.W. Böning, 2011: Contribution of Pacific wind stress to multi-decadal variations in upper-ocean heat content and sea level in the tropical south Indian Ocean. Geophysical Research Letters, 38, L12602, doi: 10.1029/2011GL047651.

Die Meere haben einen vielfältigen Einfluss auf unser Klima. Prominentestes Beispiel ist das El Niño Phänomen im Pazifik, die bekannteste, mehrjährige Klimaschwankung.

Messsonde überwacht Tiefen des Atlantiks – Foto: Mario Müller, IFM-GEOMAR

Wie Ozeanographen des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) und der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI, USA) jetzt zeigen konnten, spielen auch Tiefenströmungen im äquatorialen Atlantik eine wichtige Rolle bei Klimaschwankungen in Westafrika. Die Ergebnisse der Studie erscheinen in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature“.

Der Niederschlag des westafrikanischen Monsuns hat eine herausragende Bedeutung für Landwirtschaft, Wasserressourcen und Gesundheit in einem der dichtbesiedelten Gebiete Afrikas. Wann und wie viel Regen in den Küstenstaaten nördlich des Golfes von Guinea fällt, wird unter anderem durch die Oberflächentemperatur des tropischen Atlantiks bestimmt. Die Details dieser Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre sind bei weitem nicht alle entschlüsselt. Bisher wurden Einflüsse aus dem Pazifik und dem Nordatlantik als wichtigste Quelle für Klimaschwankungen im äquatorialen Atlantik betrachtet. Ozeanographen des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) konnten jetzt zusammen mit Kollegen aus den USA zeigen, dass es regelmäßige mehrjährige Temperaturschwankungen gibt, deren Ursache in den Tiefenströmungen des äquatorialen Atlantiks liegen und so die Niederschlagstätigkeit in Westafrika beeinflussen. „Bisher haben wir bei der Erklärung von tropischen Klimaschwankungen immer nach oben, insbesondere in die Atmosphäre, geschaut. Unsere neuen Daten lenken unseren Blick erstmals auch in die Tiefe des Ozeans und eröffneten ganz neue Denkansätze“; erklärt Professor Peter Brandt vom IFM-GEOMAR, Erstautor der Studie, die in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ erscheint.

In einem groß angelegten, internationalen Forschungsprogramm, dem „Tropical Atlantic Climate Experiment“ (TACE), versuchen Experten den Mechanismen, Ursachen, und Wirkungen von Klimaschwankungen im tropischen Atlantik auf die Spur zu kommen. Der deutsche Beitrag zu diesem Programm, der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (Verbundprojekt „Nordatlantik“) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Kieler Sonderforschungsbereichs 754 „Klima – Biogeochemische Wechselwirkungen im tropischen Ozean“ gefördert wird, besteht unter anderem aus Tiefseeverankerungen am Äquator. An diesen zeichnen Messgeräte kontinuierlich die Strömungsrichtungen und -geschwindigkeiten, den Salzgehalt und die Wassertemperatur auf und erlauben damit langfristige Veränderungen im tiefen Ozean zu beobachten. Darüber hinaus werden Messungen von frei in der Tiefe treibenden Messsonden, sogenannten Argo Floats, sowie Daten aus Satellitenmessungen genutzt. „In den Messreihen der vergangenen zehn bis zwanzig Jahre haben wir bisher unbekannte Schwankungen der Oberflächenströmung und der Oberflächentemperatur des tropischen Atlantiks gefunden, die in einem regelmäßigen, viereinhalbjährigen Turnus wiederkehren“, erklärt Brandt. Ähnliche Schwankungen konnten die Wissenschaftler in sogenannten „Deep Jets“ nachweisen. Das sind Tiefenströmungen in Tiefen bis 3000 Metern mit Geschwindigkeiten von 10-20 Zentimeter pro Sekunde in Ost-West-Richtung. Sie erstrecken sich entlang des Äquators quer durch den gesamten Atlantik. Ihre Richtung kehrt sich mit der Tiefe alle paar hundert Meter um. „Diese Tiefenströmungen werden im tiefen Ozean erzeugt und ihre Energie wird offenbar durch die Wasserschichten nach oben weitergereicht, wo Oberflächenströmung und –temperatur beeinflusst werden“, so Brandt.

Die Oberflächentemperatur gehört wiederum zu den entscheidenden Faktoren für die Niederschlagsschwankungen über Westafrika. „Wie groß der Einfluss der Tiefenströmungen ist und wie sie entstehen, wissen wir leider noch nicht genau“ sagt Brandt, „da liegt noch viel Arbeit vor uns“. Neue Daten wollen die Wissenschaftler auf der aktuellen Forschungsfahrt mit dem deutschen Forschungsschiff MARIA S. MERIAN gewinnen, die vom 11. Mai bis 19. Juni 2011 stattfindet. „Wir nehmen unsere Verankerungen am Äquator auf, legen sie neu aus und hoffen dann mit den neuen Daten, die Vorgänge in der Tiefsee besser zu verstehen und damit letztendlich auch zur Verbesserung der Klimavorhersage für Westafrika beizutragen“, erklärt Professor Brandt.

Originalpublikation

Brandt, P., A. Funk, V. Hormann, M. Dengler, R. J.Greatbatch, J. M. Toole, 2011: Interannual atmospheric variability forced by the deep equatorial Atlantic Ocean. Nature Advance Online Publication, doi: 10.1038/nature10013:

Mehr Informationen zu den Projekten:

Tropical Atlantic Climate Experiment

Verbundprojekt Nordatlantik

Sonderforschungsbereich 754 “Klima – Biogeochemische Wechselwirkungen im tropischen Atlantik

Ein Spektrometer auf der Internationalen Raumstation ISS misst die Sonnenaktivität mit großer Genauigkeit und lieferte bereits unerwartete Ergebnisse.

Sonnenspektrometer SolACES soll Klimaforschern helfen – Foto: NASA

Künftig sollen diese in einer Datenbank öffentlich zugänglich gemacht werden: Klimaforscher können mit den Daten untersuchen, wie stark die Sonnenaktivität das Erdklima beeinflusst.
Bisher schwankte die Sonnenaktivität zyklisch: Alle elf Jahre erreichte sie ein Minimum, alle elf Jahre strahlte die Sonne mit maximaler Intensität. Beim letzten Minimum im August 2008 brauchten die Forscher allerdings Geduld: Die Aktivität des Himmelskörpers stieg nicht wie erwartet an, sondern verringerte sich weiter – völlig unerwartet brach die Sonne aus ihrem sonst so verlässlichen Rhythmus. Erst ein Jahr später im September 2009 begann ihre Aktivität wieder leicht anzusteigen. In wie weit beeinflussen die Schwankungen der Sonnenintensität und diese Verschiebung des Sonnenzyklus das Erdklima?

Diese Frage zu klären hilft ein Sonnenspektrometer, das Forscher am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg entwickelt haben – aus einem Guss von der Elektronik über die Optik bis hin zur Mechanik. Das Spektrometer ermittelte auch die Daten, die die Verschiebung des Sonnenzyklus belegen. Es befindet sich an der Internationalen Raumstation ISS, finanziert wurde es über die Europäische Raumfahrtbehörde ESA und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR. »Mit dem Spektrometer messen wir die extreme Ultraviolett-Strahlung, kurz EUV, mit Wellenlängen von 17 bis 220 Nanometern«, sagt Dr. Raimund Brunner, Projektleiter am IPM.

Das Besondere dabei: Die Wissenschaftler können mit dem Spektrometer nicht nur über einen längeren Beobachtungszeitraum als bei bisherigen Missionen üblich die Aktivität der Sonne messen, sondern auch viel präziser. Möglich machen das zwei Ionisationskammern im Spektrometer, die mit Edelgas gefüllt sind. Trifft EUV-Strahlung auf das Edelgas, löst sie Elektronen aus dem Gas heraus – es fließt elektrischer Strom. Dieser Strom ist proportional zur Stärke der Sonneneinstrahlung und dient den Forschern als Grundlage, um das Spektrometer zu kalibrieren und genaue quantitative Aussagen zu machen – und schlussendlich etwas über die Sonnenaktivität zu erfahren. »Wir erzielen Messwerte mit Fehlern, die unter zehn Prozent liegen, was weitaus besser ist als bei bisherigen Ergebnissen«, betont Dr. Gerhard Schmidtke, wissenschaftlicher Leiter des Projektes.

Die Ergebnisse aus diesem sowie aus zwei ergänzenden Experimenten auf der Raumstation sollen Klimaforschern künftig dabei helfen herauszufinden, in wie weit die Schwankungen der Sonnenintensität das Klima unserer Atmosphäre beeinflussen: Wie viel des Treibhauseffekts ist hausgemacht? Wie viel davon ist auf die Änderung der Sonnenstrahlung zurückzuführen? Die Messdaten verraten insbesondere vieles über die Bedingungen in der Iono- und Thermosphäre, die ab einer Höhe von 80 Kilometern über der Erdoberfläche beginnen. Die EUV-Strahlung steuert die Temperatur und die Teilchendichten der Ionosphäre. Das hat Folgen: Ändert sich die Intensität der Einstrahlung, beeinflusst das sowohl die Bahn von Satelliten als auch die Funkverbindung der Satelliten untereinander und zur Erde. So muss beispielsweise für zentimetergenaue GPS-Daten die Zusammensetzung der Ionosphäre bekannt sein. Künftig sollen die gewonnenen Daten in einer Datenbank im Internet gespeichert werden, um sie öffentlich zugänglich zu machen.

Was der Grund dafür ist, dass die Sonne erstmals seit der Dokumentation der Sonnenaktivität aus ihrem elfjährigen Rhythmus ausgebrochen ist, können die Forscher noch nicht mit Sicherheit sagen. Sie vermuten, dass es neben dem bisher bekannten Sonnenzyklus noch einen weiteren gibt, den Gleissberg-Zyklus, der eine sehr viel größere Zeitspanne hat – vermutlich 75 bis 100 Jahre – und den elfjährigen Zyklus überlagert.

Die Missionszeit des Spektrometers mit der Bezeichnung SolACES, die anfangs nur für eineinhalb Jahre geplant war und nun bereits drei Jahre beträgt, wurde kürzlich von der ESA um weitere drei Jahre verlängert. »So können wir auch das Maximum der Sonnenintensität im Jahre 2013 mit untersuchen«, freut sich der Wissenschaftler.

Ein dichter grüner Gürtel umspannt die Nordhalbkugel der Erde: Von den USA und Kanada über Skandinavien bis nach Russland erstrecken sich fast 16 Millionen Quadratkilometer Nadelwald.

Nadelwald in Sibirien – Foto: Michael / pixelio.de

„Diese Wälder bedecken mehr als ein Achtel der Festlandsfläche und bilden etwa ein Drittel des weltweiten Waldvorkommens“, weiß Prof. Dr. Christiane Schmullius von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Allerdings, so die Inhaberin des Lehrstuhls für Fernerkundung, basieren diese Angaben bislang vor allem auf Schätzungen. Das wollen die Geographen um Prof. Schmullius jetzt ändern und die erste vollständige Waldkarte der nördlichen Halbkugel erstellen. In ihrem gerade angelaufenen Forschungsprojekt „BIOMASAR-II“ werten die Forscher der Universität Jena gemeinsam mit Schweizer Radar-Experten der Firma Gamma Remote Sensing und Kohlenstoff-Modellierern des Jenaer Max-Planck-Instituts für Biogeochemie Bilddaten des Satelliten Envisat aus. Die Europäische Raumfahrtagentur ESA finanziert das gemeinsame Forschungsvorhaben in den kommenden 18 Monaten mit 150.000 Euro.

Für die Vermessung der Wälder nutzt das Projektteam einen Algorithmus, der in dem vorangegangenen Projekt „BIOMASAR I“ entwickelt und an ausgewählten Waldregionen – in Schweden, Kanada und Sibirien – bereits getestet wurde. „Diese Methode erlaubt anhand von Radaraufnahmen die Kartierung der Wald-Biomasse weit über das bisher bekannte Maß hinaus“, so Prof. Schmullius. Nicht nur die flächenhafte Ausdehnung sondern auch die Struktur des Waldes als Kohlenstoffspeicher wird erfasst.

„Möglichst exakte Biomasse-Landkarten sind eine entscheidende Voraussetzung für Klimaprognosen“, nennt Dr. Carsten Pathe von Schmullius’ Lehrstuhl als praktisches Beispiel dafür, wie sich das Wissen über das Weltwaldvolumen anwenden lässt. So spielen die Nadelwälder der nördlichen Halbkugel eine Schlüsselrolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde: „Intakte Wälder absorbieren das Treibhausgas Kohlenstoff aus der Atmosphäre und speichern es“, erläutert der Projektmitarbeiter von BIOMASAR-II. Die nördlichen Nadelwälder inklusive der Streuschicht und des Bodens speichern dabei rund ein Drittel mehr Kohlenstoff pro Hektar als die tropischen Wälder entlang des Äquators. Damit seien diese Waldvorkommen eine zentrale Schaltstelle im globalen Klima. „Um Veränderungen im globalen Klima und deren Auswirkungen möglichst genau prognostizieren zu können, müssen wir die Kohlenstoffmodelle der Kollegen am Max-Planck-Institut mit möglichst exakten Daten über die bestehende Waldausdehnung und deren Biomassevorräte füttern“, sagt Dr. Pathe. Das wird mit den Ergebnissen aus dem aktuellen BIOMASAR-II-Projekt nun mit verbesserter Genauigkeit und der größten bisher erzielbaren Ausdehnung möglich.

Die Messung von Radardaten ist für das aktuelle Vorhaben besonders geeignet: Da der Satellit selbst Radarwellen zur Erde schickt und die reflektierte Strahlung misst, liefert diese Methode auch bei Dunkelheit und sogar dichter Bewölkung exakte Bilder von der Erdoberfläche. Envisat umkreist bereits seit 2002 die Erde. Im kommenden Jahr soll sein Nachfolger, der ESA-Satellit Sentinel-1, ins All starten und für mindestens fünf weitere Jahre Radardaten zur Erde funken. Damit, so das Ziel der Jenaer Geowissenschaftler, sind dann nicht nur eine aktuelle Inventur der Wälder möglich, sondern auch langfristige Beobachtungen klima- oder nutzungsbedingter Änderungen des Kohlenstoffspeichers in Form von Waldbiomasse der gesamten Nordhalbkugel der Erde.

Eine Nachwuchsforschergruppe am KIT entwickelt neuartige Methoden, um die Konzentration von Kohlendioxid und Methan in der Erdatmosphäre zu messen.

Teleskop für ein bodengestütztes Spektrometer. Ziel: Fernerkundung von Treibhausgasen – Foto: Sebastian Kreycy

Ihre Erkenntnisse sollen dazu beitragen, dem Klimawandel entgegen zu steuern. Das Forschungsprojekt „Fernerkundung von Treibhausgasen zur Modellierung des Kohlenstoff-Kreislaufs“ des Physikers Dr. André Butz wird am Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Spurengase und Fernerkundung (IMK-ASF) als „Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe“ fünf Jahre lang durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) mit Personal- und Sachmitteln ausgestattet.
Das englisch „Remote Sensing of Greenhouse Gases for Carbon Cycle Modelling“, kurz „RemoteC“, betitelte Forschungsvorhaben wertet Daten aus, die Satelliten über die von der Erde und der Atmosphäre zurückgestreute kurzwellige Infrarotstrahlung liefern. Für eine höhere Genauigkeit der Interpretation werden die Daten aus dem Weltraum mit Messungen an Bodenstationen kombiniert.

Ziel ist die Entwicklung einer Methode, die es erlaubt, global zu bestimmen, wo, wie viel und zu welchem Zeitpunkt Methan und Kohlendioxid durch natürliche Prozesse an die Atmosphäre abgegeben oder der Atmosphäre entzogen werden. Die Treibhausgase Methan und Kohlendioxid tragen wesentlich zum Klimawandel durch Erwärmung von Erdoberfläche und Atmosphäre bei. Mit Hilfe von „RemoteC“ wollen die Wissenschaftler zur Beantwortung wichtiger Fragen beitragen: Welche Rolle spielen die Tropen für die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre? Wie beeinflussen arktische Sumpfgebiete und tauende Permafrostgebiete die Treibhausgasbilanz? Kann dem Klimawandel durch veränderte Landnutzung entgegengewirkt werden?

„Die Herausforderung ist, dass Messung und Auswertung der Daten hochgenau erfolgen“, erklärt Dr. André Butz. Der 32-jährige in Coburg geborene Physiker entwickelte in den vergangenen vier Jahren als Postdoktorand am Niederländischen Institut für Weltraumforschung Software für die Auswertung von Satellitendaten. Nach dem Physik-Studium an der Universität Würzburg und der State University of New York erarbeitete er an der Université Pierre et Marie Curie in Paris sowie an der Universität Heidelberg seine Dissertation. An dem von Butz initiierten und geleiteten Projekt „RemoteC“ werden Physiker und Meteorologen zusammenarbeiten.

Die von der DFG ausgewählten internationalen Gutachter sprachen sich einstimmig für das von Butz beantragte Projekt aus und würdigten das KIT und das IMK-ASF ausdrücklich als exzellente Arbeitsumgebung für die Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe. Butz nennt das IMK-ASF als Forschungsstandort für sein Projekt „ideal“, da am KIT mehrere herausragende Institute zusammenarbeiten. Mit dem Emmy-Noether-Programm fördert die DFG herausragende Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler, die sich für wissenschaftliche Leitungsaufgaben qualifizieren. Junge Postdoktoranden mit Forschungserfahrung im Ausland sollen für das Forschen in Deutschland gewonnen werden.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts und staatliche Einrichtung des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Die Europäische Umweltagentur (EEA) hat eine Studie zur Bodenversiegelung in Europa veröffentlicht.

Helsinki – weniger Versiegelung pro Einwohner – Foto: Birgit Winter / Pixelio

Die hierfür ausgewerteten Satellitenbilder zeigen, dass in europäischen Städten der Versiegelungsgrad der Böden wie auch der Anteil versiegelter Böden pro Einwohner sehr unterschiedlich ausfällt.

Der Studie nach weist zum Beispiel Helsinki mit seinen rund einer Millionen Einwohnern und seinem weitläufigen Stadtgebiet relativ gering verdichtete Böden auf. Der Versiegelungsanteil pro Einwohner ist daher zwar hoch, doch können die Böden infolge des in weiten Teilen geringen und nur partiell hohen Versiegelungsgrades ihre ökosystemaren Funktionen eingeschränkt noch wahrnehmen. Die 1-Millionenstadt Sofia ist hingegen deutlich kompakter bebaut, so dass der Versiegelungsanteil pro Einwohner geringer, aber der Versiegelungsgrad der Böden insgesamt höher ist als in Helsinki.

Die Wissenschaftler machen in der Studie deutlich, dass ein geringer Anteil versiegelter Böden pro Einwohner und somit eine kompakte Bebauung zwar sinnvoll ist, da so der ökologische Fußabdruck pro Einwohner reduziert wird.  Dennoch können dicht versiegelte Böden dazu führen, dass sie ihre wichtigen ökosystemaren Funktionen, beispielsweise zur Verbesserung des Mikroklimas, der Wasserreinhaltung und -speicherung, nicht erfüllen kann. Vor dem Hintergrund klimawandelbedingter steigender Temperaturen und zunehmender Wetterextreme fordern die Wissenschaftler ein intelligentes Siedlungsmanagement in Städten. Bodenversiegelung müsse überall dort, wo sie nicht erforderlich sei, beispielsweise auf Parkplätzen und öffentlichen Plätzen, reduziert und zugleich Grünflächen und der städtische Baumbestand deutlich ausgeweitet werden.

Die Studie und weiterführende Informationen finden Sie auf der EEA-Website

Bremer Umweltphysiker überzeugen Europäische Weltraumbehörde mit ihrem Treibhausgas-Satelliten.

Schema von CarbonSat – Institut für Umweltphysik der Uni Bremen

Auf der jüngsten Sitzung des Programmbeirats „Erdbeobachtung“ der ESA wurde die in Bremen konzipierte europäische Treibhausgasmission „Carbon Monitoring Satellite“ (CarbonSat) nach umfangreicher wissenschaftlicher und technischer Begutachtung aus über 30 Missionsvorschlägen für eine Machbarkeits- und Definitionsstudie ausgewählt. CarbonSat könnte damit der achte Satellit innerhalb des Earth Explorer Programmes der Europäischen Weltraumorganisation ESA werden.
CarbonSat hat zum Ziel, die globale Verteilung der Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) in der Atmosphäre mit hoher Genauigkeit zu kartieren. Basierend auf diesen Messungen können die Verteilung und Konzentrationen dieser Treibhausgase weltweit vergleichbar bestimmt werden. Dabei wird CarbonSat erstmalig klein-skalige starke Emissionsquellen flächendeckend vermessen und damit einen wichtigen Beitrag zur Unterscheidung zwischen natürlichen und von Menschen gemachten Emissionen leisten.

CarbonSat soll ein wichtiger Bestandteil eines globalen Überwachungssystems für Treibhausgase werden. Die Daten werden sowohl national als auch weltweit von Wissenschaftlern, Behörden und Wetterdiensten zur Beantwortung wichtiger offener Fragen in Bezug auf die Wirkung der Treibhausgase benötigt – einschließlich der Überwachung und Bewertung von zukünftigen Treibhausgasemissionen.

Zusammen mit CarbonSat wurde nur noch ein weiterer Missionsvorschlag von der ESA ausgewählt. Am Ende der 2011 beginnenden Machbarkeitsstudien wird die ESA darüber entscheiden, welche der beiden Missionen im Jahr 2018 in den Orbit gebracht werden soll. Der Missionsvorschlag CarbonSat wurde unter der wissenschaftlichen Leitung von Dr. Heinrich Bovensmann vom Institut für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen in enger Zusammenarbeit mit einem internationalen Expertenteam im Juni dieses Jahres bei der ESA zur Begutachtung eingereicht. Der technische Teil des Missionsvorschlages wurde in Zusammenarbeit mit OHB System AG (Satellitensystem) und Kayser-Threde (Sensorik) und dem Bremer DLR Institut für Raumfahrtsysteme erarbeitet. Das Projekt baut auf die langjährige Erfahrung des IUP (Leitung: Professor John P. Burrows) beim satellitengestützen Nachweis von Treibhausgasen mit dem seit 2002 erfolgreich arbeitenden Sensor SCIAMACHY und den am IUP entwickelten hochgenauen Auswertealgorithmen (Leitung: Dr. Michael Buchwitz) auf. Zudem ist die Arbeitsgruppe von Prof. Justus Notholt mit ihren hochgenauen Bodenreferenzstationen zur Eichung der Satellitendaten an der Mission beteiligt.

Die Vorbereitung des Missionsvorschlages wurde mit Mitteln des Landes Bremen (Wirtschaftsförderung Bremen mit Mitteln des Senators für Wirtschaft und Häfen) und der Universität Bremen unterstützt sowie durch die DLR Raumfahrt-Agentur mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie gefördert.

Erstmals beobachten Schwerefeldsatelliten die Eismassenschwankungen des Antarktischen Eisschilds durch El Nino.

Satellit GRACE – Foto: GFZ Potsdam

Die Veränderung in der Eismasse der Antarktis ist eine kritische Größe im globalen Klimageschehen. Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ fanden nun heraus, dass die Massenvariationen von Jahr zu Jahr in der westlichen Antarktis im Wesentlichen auf Niederschlagschwankungen zurückgehen, die merklich durch das Klimaphänomen El Nino gesteuert werden. Sie untersuchten die GFZ-Daten der deutsch-amerikanischen Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Die Untersuchung zeigte dabei beträchtliche regionale Unterschiede im westlichen Küstenbereich der Südpolregion.
Zwei Gebiete in der Antarktis sind nämlich wegen ihrer möglichen Sensitivität gegenüber globalen Klimaveränderungen von besonderem Interesse: die Antarktische Halbinsel, wo gegenwärtig eine den globalen Mittelwert überschreitende Erwärmung und das Verschwinden großer Schelfeisgebiete zu beobachten sind, sowie das Amundsen-Gebiet der West-Antarktis, in der derzeit die größten Fließgeschwindigkeiten und Massenverluste des Antarktischen Eisschildes auftreten. Für einige Gletscher verringert sich dabei rapide die Eismächtigkeit, Gletscher und Eisströme weichen hier deutlich ins Landesinnere zurück. Beide Regionen tragen derzeit mit ca. 0,3 Millimeter pro Jahr beträchtlich zur globalen Meeresspiegeländerung von etwa drei Millimetern pro Jahr bei.
In der Studie wurde einerseits die Massenbilanz beider Regionen aus Schwerefelddaten der Satellitenmission GRACE neu bestimmt. Dabei fielen die Schätzungen deutlich niedriger aus als bei konventionellen Massenbilanzverfahren. „In der GRACE-Zeitreihe konnte zum ersten Mal direkt beobachtet werden, wie die Eismasse in den beiden Gebieten durch Schwankungen im Niederschlag von Jahr zu Jahr variiert,“ sagte dazu der GFZ-Wissenschaftler Ingo Sasgen. Es ist seit längerem bekannt, dass das pazifische El Nino-Klimaphänomen und der Schneefall in der Antarktis miteinander zusammenhängen. Auch das Komplementärstück zur El Nino-Warmphase, die unter dem Namen La Nina bekannte Kaltphase wirkt auf das Klima ein: „So führen die kühleren La Nina-Jahre zu einem ausgeprägten Tiefdruckgebiet über der Amundsen-See, was hohe Niederschläge entlang der Antarktischen Halbinsel begünstigt – die Eismasse nimmt dort zu. Im Amundsen-Gebiet dagegen dominiert zu diesen Zeiten trockene Luft aus dem Landesinneren. El Nino-Jahre mit ihren Warmphasen führen zu genau umgekehrten Mustern: Niederschlags- und Massenabnahme in der Antarktischen Halbinsel, bzw. Zunahme im Amundsen-Gebiet“, erläutert Professor Maik Thomas, Leiter der Sektion „Erdsystem-Modellierung“ am GeoForschungsZentrum (Helmholtz-Gemeinschaft).
Die Erfassung der gesamten Eismassen am Südpol und ihre Veränderung ist eine zentrale Aufgabe der Klimaforschung und wirft noch viele ungeklärte Fragen auf. Grundsätzlich konnte die Studie zeigen, dass die kontinuierlichen Schwerefelddaten der Satellitenmission GRACE ein weiteres wichtiges mittelfristiges Klimasignal enthalten.

Originalpublikation:

Sasgen, I. Dobslaw, H., Martinec, Z. and Thomas, M.: „Satellite Gravimetry Observation of Antarctic Snow Accumulation Related to ENSO“, Earth and Planetary Science Letters (2010), doi:10.1016/j.epsl.2010.09.015 .