So misst die NASA den steigenden Meeresspiegel aus dem Weltraum
Der Klimawandel ist eine unmittelbare Bedrohung für die Zukunft der Menschheit, aber das globale Klima ist so komplex, dass es oft schwierig ist, das Ausmaß des Problems überhaupt zu erkennen. Eine der besten Möglichkeiten, den Klimawandel zu messen, ist möglicherweise nicht das, was Sie erwarten – weil es nicht darum geht, das Land oder die Atmosphäre zu messen. Um mehr über den Klimawandel zu erfahren, müssen wir stattdessen den Ozean vermessen.
Der Anstieg des Meeresspiegels wirkt sich nicht nur auf die Küstengemeinden durch die Verringerung der Landmasse aus, sondern weist auch auf das umfassendere Problem der steigenden globalen Temperaturen hin. Der Anstieg des Meeresspiegels ist daher von großer Bedeutung für die NASA, die nicht nur in andere Welten blickt, sondern auch die Erde vom Weltraum aus überwacht. Ein neuer Satellit zur Überwachung des Meeresspiegels, Sentinel-6 Michael Freilich, wurde im November 2020 gestartet und wurde im März dieses Jahres zur offiziellen Referenzmission für den Anstieg des Meeresspiegels, nachdem er seinen Vorgänger Jason-3 abgelöst hatte.
Mit Sentinel-6, der seine neue Rolle übernimmt, und einem Zwillingsnachfolger, Sentinel-6b, der in den Startlöchern wartet, um bei Bedarf den Staffelstab zu übernehmen, sind wir für die nächsten 10 Jahre Meeresspiegelmessungen gerüstet. Sie können sogar selbst sehen, wo sich Sentinel-6 gerade über der Erde befindet, indem Sie ihn mit der Eyes-Webanwendung der NASA verfolgen.
Wir sprachen mit Josh Willis vom Jet Propulsion Laboratory der NASA, Projektwissenschaftler für Sentinel-6 und Jason-3, darüber, wie man den Anstieg des Meeresspiegels aus dem Weltraum messen kann.
Unsere Scorecard für den Klimawandel
Der Anstieg des Meeresspiegels ist nicht nur wichtig, um die sich verändernden Ozeane zu verstehen. Es ist auch eines der wertvollsten Instrumente, die wir haben, um den Klimawandel insgesamt zu messen. "In gewisser Weise ist es eine Scorecard", sagte Willis. "Es ist unsere Scorecard dafür, wie wir mit dem Klima umgehen."
Das liegt daran, dass ein Großteil der steigenden Durchschnittstemperatur des Planeten insgesamt vom Pegel der Ozeane widergespiegelt wird. Es gibt drei große vom Menschen verursachte Faktoren, die zum Anstieg des Meeresspiegels beitragen: Das Abschmelzen der Eisschilde in Grönland und der Antarktis, das Abschmelzen kleiner Gletscher anderswo auf der Welt und die Erwärmung des Ozeans, die zu seiner Ausdehnung führt. Diese Faktoren tragen jeweils zu etwa einem Drittel zum Gesamtanstieg bei, da den Ozeanen durch das Abschmelzen von Gletschern und Eiskappen mehr Wasser zugeführt wird, sowie die Ausdehnung des Wassers aufgrund steigender globaler Temperaturen. Da die Ozeane einen großen Teil der Erde bedecken, absorbieren sie einen Großteil der überschüssigen Wärme, die durch menschliche Aktivitäten erzeugt wird.
„Ich halte den Anstieg des Meeresspiegels für den deutlichsten Indikator für menschliche Eingriffe in das Klima“, sagte Willis. „Ozeane bedecken zwei Drittel der Oberfläche des Planeten, sie absorbieren 90 % dieser zusätzlichen Wärme, die die ganze Ursache des Klimawandels ist, und sie absorbieren auch das gesamte Wasser, das von den Gletschern und Eisschilden schmilzt. Sie zählen also wirklich alles in Bezug darauf, wie wir das Klima im großen Ganzen verändern.“
Und das Problem ist nicht nur, dass der Meeresspiegel steigt. Es ist so, dass die Rate dieses Anstiegs ebenfalls steigt.
„Die Anstiegsrate der Ozeane ist nicht konstant. Es nimmt tatsächlich zu“, sagte Willis. „Zu Beginn des 20. Jahrhunderts stiegen die Ozeane mit einer Geschwindigkeit von etwa zwei Millimetern pro Jahr. In den 90er oder 2000er Jahren waren es eher drei. Und jetzt sind es vier und fünf Millimeter pro Jahr. Die Steigerungsrate hat sich also in den letzten hundert Jahren mehr als verdoppelt. Und es wird immer schneller zunehmen.“
30 Jahre kontinuierliche Messungen
Die Daten zum Anstieg des Meeresspiegels sind teilweise deshalb so wertvoll, weil sie eine Langzeitaufzeichnung bilden, die seit den 1990er Jahren gesammelt wird. Die ersten globalen Messungen der Ozeane aus dem Weltraum begannen mit dem Start der TOPEX/Poseidon-Mission im Jahr 1992, gefolgt von den drei Jason-Satelliten und dem ersten Sentinel.
Um konsistente Daten zu erhalten, die über die Jahre hinweg verglichen werden können, wurden alle Missionen dieser Serie auf derselben Umlaufbahn platziert, sodass sie dieselbe Sicht auf die Ozeane erhalten.
Immer wenn ein neuer Satellit seinen Vorgänger ablöste, flogen die beiden monatelang eng beieinander. Dies ermöglichte eine sehr sorgfältige Kalibrierung, um sicherzustellen, dass die Daten bis heute konsistent über die fünf Satelliten verfolgt werden konnten.
„Das ist wirklich eine erstaunliche Leistung in Bezug auf unsere klimawissenschaftliche Bilanz“, sagte Willis.
Weitere 10 Jahre Messungen
„Wir haben diesen unglaublichen Rekord, der jetzt 30 Jahre alt ist, und Sentinel-6 wurde gebaut, um diesen Rekord um weitere 10 Jahre zu verlängern“, sagte Willis. Um diese zusätzlichen 10 Jahre Beobachtungen zu ermöglichen, baute die NASA nicht einen, sondern zwei Satelliten, die beide im Wesentlichen identisch sind, damit, sobald der kürzlich gestartete Sentinel-6 Michael Freilich im Jahr 2025 das Ende seiner Lebensdauer erreicht, sein Zwilling Sentinel-6b übernehmen kann . Das wird insgesamt 40 Jahre lang konsistente Aufzeichnungen des Meeresspiegelanstiegs ermöglichen.
„Es ist das erste Mal, dass wir uns als Gemeinschaft dazu entschieden haben, dies langfristig zu tun – uns dazu zu verpflichten, Messungen des Meeresspiegelanstiegs aus dem Weltraum durchzuführen, nicht nur von einem Satelliten auf einmal“, sagte er. „Der Meeresspiegel wird in nächster Zeit nicht aufhören zu steigen, wir werden nicht aufhören können, ihn zu messen, also brauchen wir diese Kontinuität der Messungen über Missionen hinweg.“
Wenn es so aussieht, als hätten diese Satelliten im Vergleich zu anderen Satellitenmissionen, die Jahrzehnte dauern könnten, eine relativ kurze Lebenserwartung, hängt das mit der Höhe zusammen, in der sie operieren. Als die ersten Satelliten für den Anstieg des Meeresspiegels gestartet wurden, verfügten wir nicht über eine so gute Technologie zur Bestimmung der Position dieser Satelliten – und Positionsdaten sind wichtig, um genaue Meeresspiegelwerte zu erhalten. Um dies zu ermöglichen, wurden die Satelliten in eine sehr hohe Umlaufbahn von 1.300 Kilometern gebracht, wo es sehr wenig Atmosphäre und daher sehr wenig Schutz vor Strahlung gibt.
Forscher wollen weiterhin Satelliten in dieselbe Umlaufbahn schicken, um kontinuierliche Messungen zu gewährleisten, aber das bedeutet, dass sie akzeptieren müssen, dass diese Satelliten von Strahlung angegriffen werden und jeweils nur relativ wenige Jahre halten werden.
Instrumente auf dem Satelliten
Die Genauigkeit seiner Messwerte macht den Sentinel-6-Satelliten zum international anerkannten Instrument zur Messung des Meeresspiegelanstiegs. Forscher aus allen Bereichen und verschiedenen Ländern haben sich darauf geeinigt, dass die Messungen von Sentinel-6 und seinen Vorgängern als Standardmessung für den Anstieg des Meeresspiegels verwendet werden.
Die Instrumente auf Sentinel-6 sind relativ einfach, zumindest konzeptionell. Es gibt das Radar, das Funkwellen an die Oberfläche sendet, um die Entfernung zwischen dem Satelliten und dem Ozean zu messen, die Positionsbestimmungssysteme, die Informationen über die Höhe des Satelliten liefern, damit diese von den Meeresspiegelmessungen abgezogen werden können, und dann ein weiteres wichtiges Instrument Radiometer genannt.
Das Radiometer misst die Wassermenge in der Atmosphäre, indem es die Helligkeit des Ozeans betrachtet. Das Wasser in der Atmosphäre beeinflusst die vom Radar gesendeten Funkwellen, daher muss das Radiometer dies korrigieren und ein hohes Maß an Genauigkeit für Meeresspiegelmessungen gewährleisten.
Diese drei Instrumente, zusammen mit den konsistenten Umlaufbahnen, machen Sentinel-6 zur genauesten Methode, die wir haben, um den Anstieg des Meeresspiegels zu messen – und deshalb ist es genau genug, um die internationale Referenzmission zu sein.
Die Ozeane im Wandel
Der kompliziertere Teil der Messung des Meeresspiegelanstiegs besteht darin, die vom Satelliten gesammelten Daten zu interpretieren. Die Ozeane sind nicht flach, daher mittelt der Satellit die Messwerte über eine Fläche von mehreren Quadratkilometern, um dies zu berücksichtigen.
Aber es gibt noch andere Faktoren, die den Meeresspiegel beeinflussen. Dazu gehören das Wetter, da Änderungen des atmosphärischen Drucks es dem Meer ermöglichen, sich bei niedrigem Druck zu wölben, die Gezeiten und Meeresströmungen und sogar die Schwerkraft von Unterwasserbergen, die dazu führen, dass Gipfel im Meeresspiegel über ihnen erscheinen. Die Forscher, die Daten von Sentinel-6 zur Messung des Meeresspiegelanstiegs verwenden, müssen diese anderen Faktoren berücksichtigen, indem sie Daten über atmosphärische Bedingungen und Karten des Schwerefelds des Ozeans berücksichtigen.
Alle diese anderen Effekte können jedoch nützliche Daten für andere Forschungsgebiete liefern. Indem sie sich ansehen, wie viel ein Messwert über ein bestimmtes Gebiet gemittelt hat, können die Forscher abschätzen, wie groß die Wellen sind und wie stark die Winde sind. Sie können in Echtzeit sehen, wie sich Strömungen durch den Ozean bewegen, da Strömungen dazu führen, dass der Ozean kippt, sodass eine Seite der Strömung höher ist als die andere. Sie können auch Trümmer oder Öl verfolgen, wenn es ins Meer gelangt.
Der Satellit sammelt auch beim Überfliegen von Land Daten, die zur Überwachung von Seen und Flüssen verwendet werden können.
Alle vom Satelliten gesammelten Daten sind öffentlich zugänglich und werden von Forschern auf der ganzen Welt aus den unterschiedlichsten Bereichen genutzt. Sie finden die Daten auf der JPL-Website oder auf der Earth Data-Website der NASA .
Die Bedrohung durch den Klimawandel
Mit Projekten wie Sentinel-6 können wir direkt sehen, wie sich unser Klima aufgrund unserer Aktivitäten als Menschen verändert. Wir können sehen, dass der Meeresspiegel nicht nur ansteigt, sondern dass er immer schneller ansteigt, und es gibt keinen Hinweis darauf, dass sich diese Veränderung in absehbarer Zeit verlangsamen oder stoppen wird. Das hat einen existenziellen Schrecken.
„Wenn wir beobachten, was mit dem Planeten passiert, ist es beängstigend“, sagte Willis. „Wir haben unser Klima bereits in unbekanntes Terrain getrieben. Und es wird von Jahr zu Jahr ungewohnter.“
Er verzweifelt jedoch nicht an der Zukunft der Menschheit. Vielmehr betont er, dass die Zukunft unseres Planeten in unseren eigenen Händen liegt.
„Es gibt noch Raum für Hoffnung, denn dagegen können wir etwas tun“, sagte Willis. „Wir kennen das Problem und wir wissen ziemlich genau, wie wir es beheben können. Es ist nicht so, dass ein riesiger Meteor auf die Erde zusteuert und uns alle auslöscht. Wir können tatsächlich etwas gegen den Klimawandel tun, wir müssen nur den Willen aufbringen.“