Bild-der-Erde

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

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

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

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

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

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 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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