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Die Nord- und Ostsee im Blick des Satelliten

07.04.2016

Der Klimawandel wird die Lebensbedingungen auf der Erde verändern. Damit stellt sich auch die Frage, wie er sich auf das Phytoplankton, die Basis allen Lebens im Meer, auswirken wird. Um die Veränderungen großräumig zu erfassen, kommen heute Satelliten zum Einsatz. Allerdings müssen die Messdaten der Satelliten aufwendig aufbereitet werden, um daraus auf die Planktonmengen schließen zu können. Forscher der Fernerkundungsgruppe des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) haben dafür Algorithmen entwickelt, die jetzt bei der Europäischen Raumfahrtagentur zum Einsatz kommen.

Bis zum Jahr 2012 lieferte der Satellit ENVISAT rund zehn Jahre lang zuverlässig Daten, auch über die biologische Produktivität von Meeresgebieten. Dann aber versagte die Bordtechnik, sodass ENVISAT seitdem nur noch als künstlicher Himmelskörper um die Erde kreist. Im Jahr 2014 hat die Europäische Raumfahrtagentur ESA (European Space Agency) deshalb das neue Satellitenprogramm Sentinel gestartet. Dieses sieht vor, nach und nach mehrere Satelliten ins All zu schicken, die die Erde gemeinsam flächendeckend scannen werden.


Aufnahme des ESA Satelliten ENVISAT mit dem Spektrometer MERIS Foto: ESA

Im Februar startete der Satellit Sentinel-3 in den Orbit, der die Ozeanfarbe messen soll, aus der man auf das Phytoplankton im Wasser rückschließen kann. Neben vielen anderen Daten wird er also auch Messwerte auf die Erde schicken, aus denen sich die Produktivität der Meeresgebiete ableiten lässt.

Wichtige Größen sind dabei vor allem der Gehalt des grünen Pflanzenfarbstoffs Chlorophyll, der Hinweise auf die Konzentration der Algen im Wasser liefert. Auch Gelbstoff, bei dem es sich um gelöste organische Substanzen handelt, die Abbauprodukte von Phytoplankton sind, oder der aus Flüssen ins Meer gespült wird, ist von Interesse. Zu beachten ist außerdem, dass in vielen Meeresgebieten Sedimente das Wasser trüben. Das muss bei der Messung der biologischen Produktivität berücksichtigt werden.

Wissenschaftler aus dem Bereich Fernerkundung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) beherrschen die Kunst, die Produktivität von Meeresgebieten mithilfe von Satellitendaten zu vermessen. Sie haben eine Software, einen Algorithmus, entwickelt, der aus den nackten Messwerten des Satelliten sehr genau auf die Inhaltsstoffe im Meerwasser schließen kann – und damit auf die Produktivität des Planktons. Dieser Algorithmus läuft auf den Zentralrechnern der ESA und filtert gewissermaßen die Rohdaten, die vom Satellit zur Erde strömen.

„Im Grunde liefert uns der Satellit Informationen über das Sonnenlicht, das im Wasser absorbiert und gestreut wird und dann als charakteristisches Farbsignal vom Satellitensensor beobachtet wird“, sagt Martin Hieronymi, der am HZG die Algorithmen weiter entwickelt. „Die Aufgabe des Algorithmus’ ist es, diese Farbinformation richtig zu interpretieren.“

Letztlich macht es der Satellit nicht viel anders als eine hochwertige Digitalkamera. Ein CCD-Chip nimmt das Licht wahr und misst die Intensität. Anders als bei herkömmlichen Kameras werden dabei aber nicht nur Rot, Grün und Blau gemessen, sondern viel mehr Kanäle des Lichtspektrums, die für die Plankton-Erkennung nützlich sind. Wie erwähnt, misst der CCD-Chip das Licht, das vom Meerwasser ausgesendet wird. Da die Planktonorganismen bestimmte Wellenlängen absorbieren, kann man aus dem reflektierten Wellenlängenbereich darauf schließen, welche Organismen sich im Wasser befinden.


Weitere Informationen:

http://www.hzg.de/institutes_platforms/coastal_research/news/index.php.de

Dr. Torsten Fischer | Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Zentrum für Material- und Küstenforschung

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