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Bild-der-Erde

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In den letzten Jahrzehnten hat sich das Bild, das sich der Mensch von der Erde gemacht hat, stark verändert. Großen Anteil an diesem neuen „Weltbild“  haben Erdbeobachtungs- und Wettersatelliten, die mittlerweile als Werkzeuge zur Erfassung unserer Umwelt eine unschätzbare Rolle spielen.  

Das vom Wettersatelliten Meteosat aufgenommene Bild der Erde gibt einen Eindruck davon, wie kompliziert die Situation auf unserem Planeten ist. Beleuchtungsunterschiede, Wolkenbedeckung, Vegetationsunterschiede und der Einfluss des Menschen tragen zu einer großen Vielfalt unterschiedlicher Phänomene bei.  

So vielfältig wie sich die Erscheinungen auf der Erde präsentieren, sind auch die Anwendungen von Satellitendaten. Kaum ein Bereich des Lebens bleibt davon unberührt. Die hier angeführten Beispiele zeigen einen bunten Querschnitt durch diese zahlreichen Anwendungen. Sie können dabei aber nur einen kleinen Einblick in die Möglichkeiten der Satellitentechnik geben.

 Bild: © Eumetsat/DLR

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Mit der Zunahme des Personen- und Warenverkehrs während der letzten Jahrhunderte ist es immer wichtiger geworden, möglichst genaue Karten zu haben. Das Wissen, wo etwas zu finden ist und wie man dorthin kommt, kann über Erfolg oder Misserfolg von wirtschaftlichen Unternehmungen, aber auch über den Erholungswert von Urlaubsreisen entscheiden.  

Erdbeobachtungssatelliten sind zu einem äußerst wichtigen Werkzeug in der Kartographie geworden, weil sie auch von äußerst abgelegenen Gebieten „im Überflug“ Aufnahmen in hoher Qualität liefern. Außerdem können durch Vergleich mehrerer Aufnahmen Veränderungen sehr gut dokumentiert und in aktualisierten Karten dargestellt werden.

Diese Satellitenbildkarte von Europa wurde aus 70 einzelnen Aufnahmen eines NOAA-Satelliten zusammengefügt. So war es möglich, ein wolkenfreies Bild des gesamten Kontinents zu erzeugen, auf das dann beispielsweise beim täglichen Wetterbericht die jeweilige Wolkensituation projiziert werden kann.

Bild: © DLR

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Jeder Punkt auf der Erde ist zunächst einmal durch seine Koordinaten (Länge und Breite)  bestimmt. Während dies für eine einfache Positionsangabe ausreicht, ist für viele Anwendungen zusätzlich die Kenntnis der Höhe wichtig.

Erdbeobachtungssatelliten (vor allem Radarsatelliten) haben die Herstellung genauer Höhenkarten enorm vereinfacht. Mit ihren Daten können große Flächen in feinsten Gelände-Details ausgewertet und zur Darstellung in 3D-Programmen verwendet werden.

Diese Aufnahme des deutschen Radarsatelliten TanDEM-X zeigt ein Vulkangebiet in der Atacama-Wüste in Chile und die „Salar de Uyuni“, die mit insgesamt 10.000 Quadratkilometern größte Salzpfanne der Welt. Die blaue Farbe markiert die Salzebene als tiefsten Bereich des Gebiets. Im Höhenmodell kann man auch Grenzen von Gesteinsschichten und erstarrten Lavaströmen erkennen – interessante Informationen etwa für Geologen.

Bild: © DLR

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Die genaue Kenntnis des Geländes mit detaillierten Höheninformationen ist in vielen Bereichen wichtig. Straßenplanung und die Planung von Schutzmaßnahmen vor Überflutungen sind zwei Beispiele für derartige Anwendungen.

Radarsatelliten messen die Zeit, die der Radarstrahl zu einem Punkt auf der Erdoberfläche und wieder zurück zum Satelliten benötigt. Daraus kann man die Entfernung des Satelliten von diesem Punkt und in der Folge die Höhe des Punktes exakt berechnen – und zwar ohne zeitraubende Messverfahren am Boden.

Das Bild besteht eigentlich aus zwei Bildern derselben Region, die hier ineinander übergehen: Aus den regenbogenfarbenen Höhenlinien im oberen Teil lässt sich  eine anschauliche Geländekarte herstellen, wie sie im unteren Teil zu sehen ist (mit verschiedenen Farben für die jeweilige Höhe und Geländeschattierungen, wie man das aus einem Atlas kennt).

Bild: © DLR

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Auf zweidimensionalen Karten sind die Besonderheiten einer Landschaft oft nicht gut zu erkennen. Da helfen Darstellungen in 3D, die als Bild oder in Animationen einen plastischen Eindruck der Szene geben. Solche Darstellungen können aus Satellitenbildern und Höhenmodellen berechnet werden.

Eingesetzt werden diese virtuellen Landschaftsbilder zum Beispiel dort, wo es um die Bewertung von Autobahn- oder von Staudammprojekten geht. Doch auch die Planung von Touren oder Reisen wird so einfacher.

Das Bild zeigt eine derartige 3D-Ansicht des Kilimandscharos, des höchsten Berges in Afrika. Sehr schön sind die von der Meereshöhe abhängigen Vegetationszonen zu erkennen. Auch die scharfe Grenze zwischen dem geschützten Wald in Dunkelgrün und den unterhalb liegenden landwirtschaftlich genutzten Flächen tritt deutlich hervor.

Bild: © eoVision/USGS

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Ein wichtiger Faktor für die Wirtschaft ist der Bergbau. Durch ihn gelangen wir an viele Materialien, die wir zur Herstellung von Produkten des täglichen Lebens benötigen. Zugleich gehört der Abbau in Bergwerken aber auch zu den deutlichsten Eingriffen des Menschen in seine Umwelt.  

Mit Erdbeobachtungssatelliten kann die Entwicklung in einzelnen Bergwerken verfolgt werden, indem die Veränderungen im Gelände sichtbar gemacht und vermessen werden. Man sieht, wie  durch den Abbau „Löcher“ in der Landschaft entstehen und wachsen, und man erkennt auch, wie Abraumhalden immer größer werden. Auch mögliche Verschmutzungen der Umgebung lassen sich erkennen. Umweltverbände, Medien oder zum Beispiel auch die Regierungen von betroffenen Nachbarländern können mit diesen Daten bei den Betreibern auf Problemlösungen drängen.  

Dieses Höhenmodell wurde aus einer Aufnahme des Radarsatelliten TanDEM-X hergestellt und zeigt rechts die etwa 400 Meter tiefe Escondida-Mine in Chile. Man erkennt den drastischen Einfluss des Bergbaus auf das Gelände. Das abgetragene Gestein wurde – nachdem man daraus das Kupfer gewonnen hatte – rings um die Mine in länglichen, bis zu 100 Meter hohen Halden gelagert. Als rechteckige Flächen im Abbaugebiet sind Klärbecken zur Wasserreinigung zu erkennen.

Bild: © DLR

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Die Förderung von Erdöl und Erdgas greift tief in die Landschaft ein. Schon bei der Suche nach Vorkommen (der Prospektion) finden deutliche Eingriffe statt. Noch viel stärker machen sich dann die Bohr- und Fördertätigkeit selbst bemerkbar. Vor allem Wasserflächen wie Flüsse und Seen sind beim Austreten von Erdöl massiv gefährdet.

Das Satellitenbild zeigt die Förderanlagen für Erdgas in der sibirischen Tundrenlandschaft um Surgut, Russland. Es verdeutlicht, wie massiv dadurch die Landschaft geprägt werden kann. Auf jeder einzelnen Verdickung an den Enden der Linien befindet sich eine Förderstation. Das geförderte Erdgas wird über Pipelines nach Surgut und von dort weiter transportiert.

Bild: © eoVision/USGS

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Zusammen mit Erdöl und Erdgas gehört die Kohle zu den wichtigsten Energieträgern. All diesen fossilen Brennstoffen ist gemeinsam, dass ihre Vorräte beschränkt sind und ihre Verbrennung den Kohlenstoffdioxid-Gehalt der Atmosphäre ansteigen lässt. Damit trägt die Kohle zum Klimawandel bei.  

Satellitenbilder werden dazu verwendet, den Abbau von Kohleressourcen zu überwachen. Dazu vergleicht man Bilder, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen wurden. Außerdem kann auch verfolgt werden, was mit nicht mehr genutzten Bergbauflächen geschieht.  

Das Satellitenbild zeigt die Braunkohle-Reviere Garzweiler, Etzweiler und Inden, die westlich von Köln liegen. Hier werden ausgebeutete Bereiche „revitalisiert“. Das bedeutet, dass die Flächen wieder mit Humus und Vegetation bedeckt werden und wieder für die Landwirtschaft oder als Erholungsflächen genutzt werden können.   

Bild: © eoVision/USGS                

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Wasser gehört zu den wichtigsten Grundlagen des Lebens und ist auch eine Voraussetzung für das Überleben des Menschen. Neben Flüssen und Seen werden immer mehr auch sogenannte fossile Grundwasser-Reservoirs angezapft, die nicht durch versickerndes Regenwasser erneuert werden. Das führt nicht nur dazu, dass diese Reserven früher oder später erschöpft sind, sondern auch zu einem Absinken der Erdoberfläche oberhalb der Reservoirs. In städtischen Bereichen kann dies negative Folgen etwa durch Risse in Gebäuden und Leitungsnetzen haben.  

Mit ihrer einzigartigen Fähigkeit, schon kleine Höhenveränderungen sichtbar zu machen, eignen sich Radarsatelliten ausgezeichnet dazu, dieses Absinken des Bodens zu messen. Das gilt auch für Bodenabsenkungen, die durch den Bau neuer U-Bahn-Linien hervorgerufen werden – oder durch Erdbeben.  

Das Bild zeigt Mexico City, das der Radarsatellit TerraSAR-X i n einem Abstand von vier Monaten aufgenommen hat. Aus den Aufnahmen wurden die Höhenänderungen berechnet. Schon in diesem kurzen Zeitraum senkte sich der Boden durch Grundwasserentnahme um bis zu zehn Zentimeter. Dunkelrot eingefärbt sind die Bereiche der mexikanischen Hauptstadt, in denen die größten Veränderungen der Bodenhöhe gemessen wurden.

Bild: © DLR

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Die Produktivität der Landwirtschaft hängt von vielen Faktoren ab – der Zustand des Bodens, die Verfügbarkeit von Wasser und der Verlauf des Wetters sind wesentliche natürliche Voraussetzungen. Der Mensch nutzt diese Faktoren durch die Wahl der kultivierten Pflanzen und beeinflusst sie durch künstliche Bewässerung, Düngung und Schädlingsbekämpfung. Dabei ist wichtig, dass die vorhandenen Ressourcen möglichst effizient verwendet werden, damit auch langfristig gute Ernten eingefahren werden können.

Satelliten helfen hier in mehrfacher Hinsicht. Sie ermöglichen genaue Wetterprognosen und liefern Informationen über den Zustand des Bodens, zum Beispiel bei Versalzung durch künstliche Bewässerung. Darüber hinaus werden ihre Daten dazu verwendet, den Zustand der Pflanzen selbst zu überwachen. So kann festgestellt werden, wo zusätzliche Düngung notwendig ist und wo Schädlingsbefall droht. Auf diese Weise wird sogenanntes „Precision Farming“ möglich, also ein punktgenauer Einsatz der verwendeten Ressourcen. Auch der zu erwartende Ernteertrag kann mit Satellitendaten abgeschätzt werden.

Das Satellitenbild zeigt bewässerte Felder in der Wüste Saudi Arabiens, sogenannte Kreisbewässerungsfelder. Die unterschiedliche Färbung der Felder lässt Rückschlüsse auf die angebauten Pflanzen und die bevorstehende Ernte zu.  

Bild: © eoVision/USGS 

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Zu den wichtigsten Grundlagen unseres Lebens gehört die Landwirtschaft. Längst reichen die natürlichen Ressourcen nicht aus, um die wachsende Bevölkerung zu ernähren. Nur mittels künstlicher Düngung, Bewässerung und Schädlingsbekämpfung sind die benötigten Erträge möglich.  

Satelliten tragen dazu bei, den Einsatz dieser Ressourcen exakt zu planen und zu optimieren und damit ihre negativen Auswirkung auf die Umwelt möglichst gering zu halten.  

Im Bild ist das intensiv bewirtschaftete Gebiet um El Ejido in Spanien zu sehen. Hier verschwindet die Landschaft fast vollständig unter Foliengewächshäusern, in denen Tomaten und andere Gemüse- und Obstsorten angebaut werden. Die Bewässerung der Kulturen wird durch Grundwasser und Wasser aus den Bergen sichergestellt.

Bild: © eoVision/USGS

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Naturbelassene Landschaften sind auf vielfältige Art und Weise von Bedeutung. Sie sind nicht nur als Rückzugsorte für viele Tier- und Pflanzenarten wichtig, sondern zum Beispiel auch für den Klimahaushalt der Erde.  

Erdbeobachtung hilft hier, indem sie mit ihren Satelliten den Zustand von Naturlandschaften überwacht und frühzeitig auf ungünstige Entwicklungen aufmerksam machen kann – etwa wenn Eingriffe wie illegale Waldrodungen stattfinden. Auch kann per Satellit regelmäßig überprüft werden, wie sich Maßnahmen zum Schutz der Natur auswirken.  

Diese Aufnahme wurde vom Radarsatelliten TerraSAR-X gemacht und zeigt einen Ausschnitt um einen Fluss (schwarz) im westafrikanischen Gabun, der von Mangrovenwäldern (lila) gesäumt ist. Die Farbunterschiede im Bild weisen auf verschiedene Vegetationsbereiche hin.

Bild: © DLR

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Über  die Photosynthese liefern Wälder den für uns lebenswichtigen Sauerstoff und speichern im Gegenzug Kohlenstoff. Damit spielen sie für das Klima auf der Erde eine ganz besondere Rolle. Zugleich bilden sie den Lebensraum für zahlreiche Tier- und Pflanzenarten. Doch der Wald dient dem Menschen auch als Lieferant von Baumaterial und Brennstoff.  

In den vergangenen Jahrzehnten wurden vor allem in den Tropen große Flächen einst unberührter Wälder gerodet, um Platz für Landwirtschaft und Siedlungen zu schaffen. Diese Entwicklung setzt sich nach wie vor fort.  

Mit Satellitendaten kann der Zustand des Waldes weltweit erfasst werden. Auch in abgelegenen Gebieten lässt sich die Entwicklung verfolgen, wie hier am Rand des Amazonasbeckens in Brasilien. Neben der Änderung der Waldfläche kann aus den Daten zum Beispiel auch die Menge des freigesetzten Kohlenstoffdioxids berechnet werden – wichtig für Klimaprognosen, die wiederum die Grundlage für politische Entscheidungen und internationale Klimaschutzabkommen sind.

Bild: © eoVision/USGS

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Das Anwachsen der Erdbevölkerung ist einer der Gründe dafür, dass weltweit der Verbrauch der Ressourcen zunimmt. Vieles von dem, was bei der Produktion von Gütern entsteht oder nach Gebrauch weggeworfen wird, belastet die Umwelt.  

Mit Erdbeobachtungssatelliten können wir eine ganze Reihe dieser Belastungen erkennen und messen. Ein Beispiel ist die Verschmutzung von Wasserflächen durch Öl. Weil Öl auf dem Wasser die Wellen dämpft, erscheinen die betroffenen Flächen im Radarbild dunkler. Damit können die Verursacher solcher Verschmutzungen festgestellt werden.

Hier sind im Radarbild die Schlieren von Erdöl auf dem Golf von Mexiko zu sehen, die sich im April 2010 nach der Explosion der Ölbohrinsel „Deep Water Horizon“ ausbreiteten und großen Schaden anrichteten, als sie an die Küsten geschwemmt wurden.

Bild: © DLR

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Viele Aktivitäten des Menschen auf der Erde beeinflussen die Umwelt negativ. Diesen Einfluss möglichst gering zu halten ist eines der Ziele einer nachhaltigen Form des Wirtschaftens. Dieses Ziel steht allerdings oft genug in direktem Gegensatz zur Maximierung des Gewinns.  

Satellitenbilder können hier helfen, indem sie auf einen Blick zeigen, wo die Umwelt verschmutzt oder gegen Umweltgesetze verstoßen wird.  

Das Satellitenbild zeigt ein Gebiet in der kanadischen Provinz Athabasca. Dort werden große Vorkommen von Schiefergas ausgebeutet. Die bei der Gewinnung des Gases verwendeten Methoden belasten die Umwelt, vor allem die Gewässer der Region. In Kombination mit anderen Messverfahren werden Satellitendaten dazu verwendet, das Ausmaß dieser Umweltbelastung zu erfassen.

Bild: © eoVision/USGS

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Die Lebensräume auf der Erde ändern sich ständig, ob mit oder ohne Einfluss des Menschen. Dabei gibt es große Unterschiede bei den Zeiträumen, die zu beachten sind. Manche Änderungen wie das Schmelzen der Gletscher erstrecken sich über viele Jahre und Jahrzehnte. Anders ist es an Küsten mit Wattgebieten – also flachen Uferbereichen, die bei Flut von Wasser bedeckt sind und bei Ebbe trocken fallen: Sand und Schlick werden hier durch die Strömungen verlagert, sodass sich das Watt ständig verändert.  

Satellitenaufnahmen helfen, die Dynamik von Lebensräumen zu erfassen. Durch wiederholte Aufnahmen eines Gebiets können Veränderungen sehr gut erkannt werden – für  die Meeresforschung, für den Schutz vieler Tierarten oder für andere Zwecke.  

Das Bild zeigt das Wattgebiet in der Umgebung der Insel Föhr in der deutschen Nordsee. Es wurde aus zwei Bildern des Radarsatelliten TerraSAR-X zusammengesetzt, die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen wurden. Die Unterschiede werden dann später per Bildverarbeitung künstlich eingefärbt. Im Ergebnis zeigt das  kombinierte Bild  den Zustand des Watts, der Sedimente (Ablagerungsgesteine) und der übrigen Lebensräume im Meer. Deutlich sind Strukturen wie Wasserläufe zu erkennen.

Bild: © DLR

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Viele Bereiche der Erde sind entlegen und schwer zugänglich oder wegen ihrer Größe nur schwer in ihrer Gesamtheit erfassbar. Meeresgebiete gehören zu diesen Bereichen der Erdoberfläche. Weil sie unser Leben auf vielfältige Weise beeinflussen, sind Informationen über die Meere von größter Bedeutung.  

Gerade wenn es um entlegene und sehr ausgedehnte Meeresgebiete geht, sind Satelliten die besten Beobachtungs- und Messinstrumente. Oberflächentemperatur, Salzgehalt und Wellenhöhe – all das können Satelliten erfassen. Und sogar die Algenkonzentration im Wasser kann über dessen Chlorophyll-Gehalt bestimmt werden.  

Im Satellitenbild ist ein Ausschnitt der Ostsee vor der Insel Rügen zu sehen. Hier ist ein massenhaftes Auftreten von Algen während einer Algenblüte an der grünlichen Färbung zu erkennen. Algenblüten können darauf hinweisen, dass über die Flüsse zu viele Nährstoffe ins Meer gelangen. In der Verteilung der Algen machen sich Meereswirbel, aber auch dunkle Linien von Störungen der Meeresoberfläche im Kielwasser von Schiffen bemerkbar.

Bild: © eoVision/USGS

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Der Rückgang der Eismengen in Gletschern und in den Eiswüsten um die Pole ist ein wichtiges Zeichen für das Ausmaß des Klimawandels, weil er direkt von der globalen Erwärmung verursacht wird. Und er hat Folgen: Schmelzende Eismassen, die das Land bedecken, setzen Wasser frei, das wiederum den Meeresspiegel ansteigen lässt.  

Mit einer Reihe von Methoden, die auf Satellitendaten beruhen, kann der Rückgang der Eisdicke und der Eisfläche sowohl auf dem Land als auch auf dem Meer sehr genau gemessen werden.

Das Höhenmodell, das aus Daten der Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X hergestellt wurde, zeigt Eiskörper auf dem Land und Eisflächen in den Buchten einer Insel im Westen des russischen Archipels Franz-Josef-Land. Auf diesen Inseln im Polarmeer liegt der nördlichste Punkt Eurasiens, kaum 1000 Kilometer vom Nordpol entfernt.

Bild: © DLR

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Der Bereich der Erde, in dem wir Menschen leben können, ist auf eine dünne Schicht über der Erdoberfläche beschränkt. Schon in sieben Kilometern Höhe geht uns schnell die Luft zum Atmen aus. Diese dünne Atmosphärenschicht wird durch Aktivitäten des Menschen beeinflusst. Abgase wie Kohlenstoffdioxid, Methan und Stickoxide verändern die Eigenschaften der Atmosphäre und tragen zur Klimaerwärmung und zu gesundheitlichen Problemen bei.  

Eine ganze Reihe von Satelliten hat die Atmosphäre im Blick und misst laufend ihre Zusammensetzung und ihre Temperatur. Hier sind natürlich auch die Wettersatelliten sehr wichtig, die beispielsweise auch den Wasserdampfgehalt der Atmosphäre und die Wolkenbedeckung aufnehmen. Damit gehören Satelliten zu den wichtigsten Bestandteilen des globalen Wettervorhersagesystems, mit dem immer genauere Prognosen möglich sind – inzwischen nicht nur für den nächsten Tag, sondern sogar für die nächsten zwei Wochen. Sie liefern aber auch entscheidende Informationen für Simulationen der Entwicklung unseres Klimas in den nächsten Jahrzehnten.

Bild: © NASA

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Der Klimawandel ist mit einem Anstieg der globalen Temperaturen verbunden. Dieser Anstieg macht sich gerade in den kältesten Bereichen der Erde – den Gletschern und den Eisregionen der Pole – besonders bemerkbar. So nehmen nicht nur die Dicke und Fläche vieler Gletscher ab, sondern es nimmt auch die Geschwindigkeit zu, mit der die Gletscher talwärts fließen. Informationen über diese Geschwindigkeit sind wichtig, um das Klimageschehen insgesamt besser zu verstehen.  

Ein wichtiges Werkzeug für die Bestimmung der Fließgeschwindigkeit von Gletschern sind Radarsatelliten. Mit ihnen ist es möglich, auch die entlegensten Gletscher regelmäßig zu vermessen.  

Die Aufnahme des Radarsatelliten TerraSAR-X mit einer Breite von etwa 30 Kilometern zeigt den Nimrod-Gletscher in der Antarktis, wie er den Kon-Tiki Nunatak (einen über die Eisfläche ragenden Felsen) umfließt. Dabei sind die Strömungslinien und die Spalten im Hauptrumpf des Gletschers sehr gut zu sehen.  

Bild: © DLR

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Das Verschwinden des Aralsees in Zentralasien – einst der viertgrößte See der Erde – hat in den 1960er Jahren begonnen und mittlerweile zum vollständigen Austrocknen des größeren östlichen Teils geführt. Zum Verschwinden des Sees hat hauptsächlich beigetragen, dass das Wasser der beiden Hauptzuflüsse Amudarja und Syrdarja zur Bewässerung von Feldern entlang ihres Laufes verwendet wurde. Anstelle des Sees breitet sich nun eine Salzwüste aus.  

Durch Satellitenaufnahmen konnte diese Entwicklung seit den 1960er Jahren verfolgt werde, wobei die Daten anfangs von Spionagesatelliten stammten. Diese Daten sind wertvolle Informationen, die auch für die Überprüfung von Modellrechnungen verwendet werden. Damit helfen sie, die mit dem Klimawandel verbundenen Vorgänge besser zu verstehen und auf dieser Grundlage Strategien zu entwickeln, wie man damit am besten umgeht.

Bild: © eoVision/USGS

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Wenn Wetter- und Klimamodelle genaue Prognosen liefern sollen, müssen sie mit möglichst genauen und vollständigen Daten gefüttert werden. Neben Messstationen und Wetterballons sind heute Satelliten die wichtigste Informationsquelle. Nur mit ihnen können flächendeckende und zugleich detaillierte Informationen gewonnen werden, die es erlauben, die Entwicklung des Erdklimas zuverlässig zu verfolgen. Wasser- und Lufttemperaturen, Wind- und Meeresströmungen sowie Wasserdampf und Wolkenbedeckung sind nur einige der Datensätze, die ständig global gemessen werden.

Das Bild zeigt die vom Satelliten Aqua aufgenommene Temperatur der Wasseroberflächen im Juli 2009. Rote Bereiche um den Äquator sind bis zu 32 °C warm, während die violetten Bereiche um die Pole Temperaturen um den Gefrierpunkt aufweisen.

Bild: © eoVision/NASA

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Vulkanausbrüche gehören zu den spektakulärsten und zerstörerischsten Schauspielen, die unser Planet zu bieten hat. Dabei strömt aus den Tiefen des Erdmantels glutflüssiges Magma an die Oberfläche, wo es sich explosionsartig oder über längere Zeiträume als Lava seinen Weg bahnt.  

Mit Aufnahmen von Satelliten können oft schon vor dem Ausbruch von Vulkanen Änderungen in ihrer Höhe gemessen werden – und zwar weil sich die Erdoberfläche unter dem Druck des Magmas aufwölbt. Außerdem lassen sich durch den Vergleich von Satellitendaten vor dem Ausbruch mit danach aufgenommenen Daten die Folgen des Ausbruchs feststellen.  

Im Bild sind Höhenänderungen am Ätna (Italien), die durch Lavaströme entstanden sind, in Falschfarben dargestellt. Das Bild ist aus dem Vergleich von Radardaten gewonnen worden.

Bild: © DLR

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Erdbeben sind häufig eine Folge von Spannungen zwischen zwei Platten der Erdkruste, die sich plötzlich lösen und zu Verschiebungen zwischen diesen Platten führen. Diese ruckartige Bewegung ist es, die zu den oftmals katastrophalen Schäden eines Erdbebens führt.  

Um ein besseres Verständnis für diese Vorgänge zu erhalten, muss man diese Verschiebungen möglichst gut kennen. Auf diese Weise können möglicherweise in der Zukunft bessere Vorhersagen von Erdbeben gemacht werden.

Das Bild zeigt die durch das Erdbeben vom 12. Januar 2010 um Port-au-Prince (Haiti) entstandenen Erdkrustenbewegungen. Die Farben zeigen das Ausmaß der Verschiebung: von grün für wenig Verschiebung bis zu dunkelrot für zwei Meter Bewegung. Das rot eingefärbte Gebiet nördlich einer Störungszone (rote Linie) wurde um etwa 1,30 Meter nach Westen verschoben.   Die Messung wurde durch den Vergleich zweier TerraSAR-X-Radarbilder vom 18. Februar 2009 und vom 14. Januar 2010 erstellt. Die Farben zeigen den Betrag der Verschiebung an, die Pfeile zusätzlich die Richtung.

Bild: © DLR

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Egal ob natürlich oder vom Menschen verursacht – Katastrophen erfordern eine schnelle Reaktion der Einsatzkräfte. Nur wenn Feuerwehr, Technisches Hilfswerk oder ähnliche Einrichtungen rasch am richtigen Ort sind, können die gefährdeten Menschen rechtzeitig aus den betroffenen Gebieten evakuiert oder mit dem Nötigsten versorgt werden. Fehlende Information dagegen kann leicht dazu führen, dass die Hilfe am falschen Ort landet.  

Satelliten leisten hier wertvolle Dienste. Aus ihren Daten werden für die Einsatzkräfte innerhalb von Stunden Karten der betroffenen Gebiete erstellt. Durch den Vergleich von Aufnahmen vor und nach einer Katastrophe kann häufig das Ausmaß der Schäden sehr genau bestimmt werden – und es lassen sich so die Orte identifizieren, die am dringendsten Hilfe benötigen. Außerdem wird daraus auch klar, wo Zufahrten blockiert oder noch befahrbar sind.  

Das Bild zeigt eine Satellitenbildkarte des Hafengebiets von Port-au-Prince und Teile des Zentrums der Stadt vor dem Erdbeben am 12. Januar 2010. Sie wurde unmittelbar nach dem Erdbeben für die Katastrophenhelfer hergestellt. Eingetragen sind Straßen und wichtige Infrastruktur-Einrichtungen wie ein Krankenhaus am unteren Bildrand, erkennbar am Roten-Kreuz-Symbol. Nach dem Erdbeben waren der Präsidentenpalast und auch die Kathedrale zu großen Teilen zerstört.

Bild: © DLR/ZKI

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Viele Katastrophen sind mit großflächigen Schäden in der Vegetation oder in den vom Menschen gebauten Siedlungen und Infrastruktureinrichtungen verbunden. Tsunamis, Überflutungen und Erdbeben gehören oft zu diesen raumgreifenden Ereignissen.  

Gerade wenn große Flächen betroffen sind, können Satelliten wichtige „Helfer“ sein, weil ihre Daten weite Bereiche abdecken (allein vom Boden oder per Flugzeug wäre das gar nicht zu leisten). Damit sind sie direkt nach der Katastrophe ein wertvolles Werkzeug für die Rettungskräfte. Aber auch in den Tagen und Wochen danach sind Satellitenbilder für die Erfassung von Schäden wichtig – etwa um die Behebung zu planen oder die Kosten für Versicherungen einschätzen zu können.  

Dieses Bild zeigt die ausgedehnten Schäden als Folge des Tsunamis in einem Vorher-Nachher-Vergleich der japanischen Küste zwischen dem 5. September 2010 (links) und dem 12. März 2011 (rechts). Vor allem die Siedlungen nahe dem Damm rechts im Bild sind weitgehend zerstört, doch ziehen sich die überfluteten Bereiche weit ins Landesinnere.

Bild: © DLR/RapidEye

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Naturereignisse wie Überschwemmungen werden nur dort zu Katastrophen, wo sie Menschen und ihren Gütern Schaden zufügen. Gute Vorbereitung auf derartige Ereignisse kann daher helfen, Katastrophen zu vermeiden. Ein Beispiel dafür sind Schutzbauten wie etwa Deiche, die vom Menschen genutzte Flächen vor Überschwemmungen schützen. Für die Planung und Überwachung derartiger Bauten sind genaue Informationen sehr wichtig, weil durch sie mögliche Schwachpunkte gefunden werden können.  

Aus Daten von Radarsatelliten wie TerraSAR-X werden sehr genaue Geländeinformationen gewonnen, die für diese Anwendungen eingesetzt werden können.  

Das Bild zeigt ein eingefärbtes Höhenmodell von New Orleans im Süden der USA. Große Teile der Stadt befinden sich deutlich unterhalb des Meeresspiegels (blau) und wären ohne Schutzmaßnahmen überflutet. Dazu würde nicht nur das Meer, sondern auch der Mississippi beitragen (dunkelgelb), der über dem Stadtniveau liegt und durch Dämme gebändigt werden muss.

Bild: © DLR/USGS

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Durch Vulkanausbrüche können gewaltige Mengen an Staub und Asche hoch in die Atmosphäre geworfen und dort von Windströmungen weit über den Globus transportiert werden. Als Folge kann sogar die Temperatur weltweit abnehmen, wie zum Beispiel nach dem Ausbruch des Pinatubo im Jahr 1991, der zu einem globalen Temperaturrückgang von 0,4 °C führte. Eine direkte Gefahr geht von den Aschewolken für Flugzeuge aus, weil der Staub zum Versagen der Triebwerke führen kann. Information über die Ausbreitung der Aschewolken ist daher für die Luftfahrt sehr wichtig.  

Aus den Daten von Wettersatelliten kann die Größe und Lage dieser Aschewolken sehr gut bestimmt werden. Anhand von Wetterprognosen lässt sich auch ihre weitere Bewegung gut vorhersagen – wichtig für die Flugsicherheit!

Die Aufnahme des europäischen Wettersatelliten Meteosat-9 zeigt die Aschewolke des 2010 ausgebrochenen isländischen Vulkans Eyjafjallajökull als dunklen Streifen zwischen Schottland und Süd-Norwegen.

Bild: © Eumetsat/DLR

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Wald- und Buschbrände können innerhalb kurzer Zeit enorme Waldflächen vernichten und dabei auch Siedlungen zerstören. Bei Trockenheit und ungünstigen Windbedingungen sind sie außerdem nur mit großem Aufwand wirkungsvoll einzudämmen. Deshalb ist es wichtig, dass Waldbrände möglichst frühzeitig entdeckt und bekämpft werden.  

Satellitendaten liefern Informationen über bestehende Brandgefahr und helfen bei der Suche nach Bränden. Im Ernstfall werden dann sofort die Einsatzkräfte alarmiert. Mit diesen Daten kann auch die Entwicklung eines Waldbrands verfolgt und nach dem Ende des Brandes das Ausmaß des Schadens bewertet werden.  

Das Satellitenbild zeigt das Umland von Melbourne im Südosten Australiens, das im Jahr 2009 von verheerenden Waldbränden heimgesucht wurde. Dichte Rauchwolken aktiver Feuer hängen über dem Gelände, die bereits abgebrannten Flächen erscheinen im Bild braun.

Bild: © eoVision/USGS

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Wir Menschen hinterlassen mit unseren Aktivitäten die unterschiedlichsten Spuren in Satellitenbildern. Auch Massenveranstaltungen, bei denen Tausende Menschen zusammenkommen, sind oft gut erkennbar.  

In dieser vom Radarsatelliten TerraSAR-X gemachten Aufnahme aus dem Jahr 2011 ist das Burning-Man-Festival in Nevada, USA, zu sehen, bei dem 27.000 Tickets verkauft wurden. Die in einem großen Ringsektor angeordneten Zelte und Fahrzeuge sind gut zu erkennen. Sie bilden vorübergehend die Siedlung "Black Rock City".  

Die künstlichen Strukturen wurden in diesem Bild nachträglich eingefärbt, das eigentliche Radarbild ist schwarzweiß.

Bild: © DLR/USGS

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Der Übergang von den fossilen Energieträgern – also Erdöl, Erdgas und Kohle – zu erneuerbaren Energien steht aus mehreren Gründen auf der Tagesordnung. Fossile Energieträger sind nur begrenzt verfügbar; außerdem belastet ihre Verbrennung in Kraftwerken die Atmosphäre – mit den bekannten Folgen für die Gesundheit ebenso wie für unser Klima. Doch wenn wir  erneuerbare Energiequellen gezielt nutzen wollen, ist die Standortfrage wichtig: Windkraft „erntet“ man natürlich am besten dort, wo der Wind weht, und Sonnenenergie, wo die Sonne scheint.  

Satelliten helfen bei der Standortwahl: Die an einem Punkt der Erde eingestrahlte Sonnenenergie kann per Satellit ebenso bestimmt werden wie die Verteilung der Windgeschwindigkeiten. Das Bild zeigt für den Mittelmeerraum die verfügbare eingestrahlte Sonnenenergie. In den hellgelben Bereichen stehen pro Jahr bis zu 3000 Kilowattstunden pro Quadratmeter zur Verfügung, in den violetten Bereichen nur etwa ein Drittel dieses Wertes.

Bild: © DLR

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Leistungsfähige Verkehrsmittel sind für unsere Gesellschaft äußerst wichtig – egal ob zu Land, auf dem Wasser oder in der Luft. Dabei müssen die Umweltbelastungen – zum Beispiel durch Flächenverbrauch und Abgase – möglichst gering gehalten werden.  

Die Planung von Verkehrswegen und die Überwachung von Abgas-Konzentrationen sind zwei wichtige Anwendungen von Erdbeobachtungssatelliten. Aus den Daten von Radarsatelliten können (wie hier zu sehen) sogar die Geschwindigkeiten einzelner Fahrzeuge gemessen werden. Die Farbskala läuft hier von rot (geringes Tempo) über gelb, grün und blau bis violett (um 200 km/h).

Bild: © DLR

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Vor allem im interkontinentalen Güterverkehr nimmt die Schifffahrt eine bedeutende Rolle ein – etwa 90 Prozent der von Kontinent zu Kontinent gelieferten Fracht wird per Schiff transportiert. Mit der fortschreitenden Globalisierung haben in den vergangenen Jahrzehnten auch der Güterverkehr und damit die Dichte des Verkehrs auf dem Wasser zugenommen.  

Satellitentechnologie wird auf Schiffen in mehrfacher Hinsicht eingesetzt. Per Satellitennavigation kann ein Schiff permanent seine exakte Position ermitteln. Kommunikationssatelliten erhalten die Verbindung mit dem Festland aufrecht. Und Erdbeobachtungssatelliten liefern  Daten über das Wetter, die Eisverhältnisse und die Meeresströmungen.  

Das Satellitenbild zeigt einen Ausschnitt der Ostsee an der Südküste Finnlands im Winter. Die Häfen sind durch ein Netzwerk von Seestraßen verbunden, die von Eisbrechern schiffbar gehalten werden.

Bild: © eoVision/USGS

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Das kalte Klima in der Nähe der Pole der Erde lässt hier das Oberflächenwasser des Meeres gefrieren. Die im Winter weit ausgedehnten Eisflächen schrumpfen im Sommer deutlich. Wenn sich die Eisfläche auflöst, bilden sich ausgedehnte Flächen von Treibeis. In vielen Fällen mischt es sich mit Eisbergen, die von Gletschern abgebrochen sind und teils über 100 Meter aus dem Meer ragen. Eis auf dem Meer stellt für die Schifffahrt eine Gefahr dar, wie das Schicksal der Titanic als wohl bekanntestes Beispiel zeigt. Daher ist frühzeitige Information über die Eisbedeckung für die Schifffahrt extrem wichtig.  

Radarsatelliten nehmen unabhängig vom Wetter die Verteilung von Meereis auch in den entlegensten Gebieten der Erde auf und tragen damit zur Sicherheit der Schifffahrt bei.

Das Bild zeigt Meereis rund um Inseln vor der Küste Grönlands. Die Aufnahme erfolgte durch den Radarsatelliten TanDEM-X am 2. August 2010.

Bild: © DLR

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Die hier gezeigten Bilder sind nur einige ausgewählte Beispiele dafür, wie mit den Mitteln der Raumfahrt der „Gesundheitszustand“ unseres Planeten untersucht werden kann. Sie illustrieren  einen kleinen Ausschnitt der heute schon bestehenden Möglichkeiten, mit Erdbeobachtungssatelliten Informationen über wichtige, uns alle betreffende Fragen zu erhalten. Diese Raumfahrt-Anwendungen sind inzwischen so selbstverständlich geworden, dass uns gar nicht mehr bewusst ist, wo überall Satellitendaten verwendet werden.

Mit den immer neuen Einsatzgebieten von Satellitendaten nimmt auch die Zahl der Satelliten rasch zu, die für spezielle Aufgaben in ihre Umlaufbahnen geschickt werden.

Damit wird die Raumfahrt ihre Rolle als ein unverzichtbares Werkzeug für die Lösung zentraler Probleme unserer Zeit und für einen nachhaltigen Umgang mit unserem Planeten in Zukunft weiter ausbauen.

Animation: © DLR

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