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Der Kartenschatz der Nordsee

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Was haben Seesterne, Offshore-Windparks und südafrikanische Goldminen gemeinsam? Das Marine Geo-Informationssystem MarGIS verwendet Verfahren zum Aufspüren von Goldadern, um Lebewesen am Meeresboden und Windmühlen im Wasser eine gesicherte Zukunft zu ermöglichen. Im kommenden Sommer wird ein Atlas veröffentlicht, der über 60.000 Einzeldaten zu einer umfassenden Geo-Karte der Nordsee zusammenfasst.

Sie werden über dem Wasser höher aufragen als der Kölner Dom und weithin sichtbare Zeugnisse eines derzeit weltweit einzigartigen Projekts sein: Schon im kommenden Jahr sollen die ersten von insgesamt zwölf Windenergieanlagen des Windparks „alpha ventus" 45 Kilometer vor der Küste Borkums in der Nordsee stehen, 148 Meter hoch, mit Gondeln von der Größe eines Einfamilienhauses und Rotorblättern, die mit 57 Metern doppelt so lang sind wie ein Blauwal. Weitere 15 Offshore-Windparks in der deutschen Nordsee sind bereits genehmigt.

 

Offshore Windpark

 

Für die Errichtung von Offshore-Windparks ist eine genaue Kenntnis des Untergrunds unerlässlich. © Siemens-Pressebild

„Für die Planung und den Bau von Windanlagen im Meer ist es natürlich wichtig, etwas über den Untergrund zu wissen, auf dem sie stehen“, sagt Michael Schlüter vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven. „Die Meereskarten unseres Geo-Informationssystems MarGIS könnten dafür in Zukunft einfach zugängliche Entscheidungshilfen sein.“ Doch nicht nur für Offshore-Windparks sieht der Projektleiter des GEOTECHNOLOGIEN-Projekts MarGIS Anwendungsgebiete seines Systems: „Auch die Betreiber von Bohrinseln, Pipelines und Seekabeln könnten davon profitieren – außerdem erleichtert es die Planung von Schutzzonen und Stellen, an denen Sand ausgebaggert werden soll.“

Insgesamt 17 wissenschaftliche Institute und Behörden haben während des Förderzeitraums des Projekts von 2002 bis 2005 über 16 Millionen Datensätze zur Wassertiefe der Nordsee und über 60.000 Datensätze zu 18 weiteren Parametern beigesteuert. Dazu zählen die Wassertemperatur, der Salz- und Saustoffgehalt, Informationen über Nährstoffe im Wasser, Nitrat- und Nitritwerte, die Korngrößenverteilung des Sandes am Meeresboden und nicht zuletzt Daten über die Vielfalt der dortigen Lebewesen: Seesterne, Krebse und Muscheln sowie Würmer und in Bodennähe lebende Fische wie die Scholle. „Wir haben uns dabei auf den Meeresgrund und die Wassersäule bis zu fünf Metern darüber konzentriert“, sagt Michael Schlüter, „also quasi die ‚Atmosphäre’ der dortigen Flora und Fauna.“

 

Nordsee 


Die Nordsee aus Satellitensicht. Tiefere Einblicke liefert das Projekt MarGIS. © Jacques Descloitres, MODIS Land Rapid Response Team, NASA/GSFC

Während Daten über Wassertemperatur und –tiefe leicht zu ermitteln sind, werden für die Untersuchung des Lebensraums am Boden so genannte Kasten-Greifer eingesetzt, die die Forscher an unterschiedlichen Stellen herunterlassen und mit ihnen ein komplettes Stück Nordsee-Grund heraufholen. Dann zählen sie die Organismen und sieben Sand und Schlick durch, um die Korngröße zu bestimmen. „Auch die Art und Weise, wie das durch die jeweiligen Institute geschah, haben wir in die Datenbank aufgenommen“, sagt Schlüter. Denn – ob man es glaubt oder nicht – es gibt vier verschiedene Klassifizierungssysteme für Sand. „Nur wenn man weiß, welches verwendet worden ist, kann man die Daten richtig interpretieren.“

Hier beginnt die hohe Schule der Geoinformation: Diese so genannten Metadaten müssen erfasst und in sinnvoller Weise mit den eigentlichen Messwerten verknüpft werden. Das ist nicht nur beim Sand wichtig: So werden zum Beispiel in den verschiedenen Ländern unterschiedliche Verfahren verwendet, um die Lage des „Normal-Null“ (N.N.) für Höhen- und Tiefenmessungen zu ermitteln. „Genau solche Angaben unterscheiden auch eine Touristen-Karte von einer offiziellen topografischen Landkarte, die im Kleingedruckten zum Beispiel angibt, mit welcher Projektion sie erstellt wurde“, sagt Michael Schlüter.

Die nächste Schwierigkeit: Jedes Geo-Informationsprogramm muss wie jede andere Software auch letztendlich mit Zahlen operieren. Doch wie soll man das Merkmal männlich / weiblich einer Scholle numerisch ausdrücken? Natürlich könnte man hierfür einfach die Zahlen 0 oder 1 setzen. Doch dies könnte später bei der statistischen Auswertung der Daten Probleme bereiten: „Letztlich wollen wir ja aus den vorhandenen Messwerten an bestimmten Punkten auf die Werte an anderen Orten schließen, wo wir gar nicht gemessen haben“, sagt Schlüter. Je nach dem dazu angewandten statistischen Verfahren kann es besser sein, das Zahlenpaar 1000 / 1001 für männlich / weiblich zu verwenden, das ebenfalls eine klare Unterscheidung möglich macht. Aufgrund des geringen relativen Unterschieds werden die beiden Zahlen aber bei Berechnungen fast gleich „behandelt“ – im Gegensatz zu 0 und 1, die schon bei einer einfachen Division völlig unterschiedliche Ergebnisse liefern.

 

Interaktive MarGIS-Karte 


Aus einer ganzen Palette an Messdaten können Karten etwa zum Salzgehalt, zur Oberflächentemperatur oder zum pH-Wert über die geografische Nordseeübersicht gelegt werden.

Sind alle Daten richtig erfasst, verknüpft sie MarGIS und erstellt die verschiedensten Karten für jeden erdenklichen Anwendungszweck. Diese können in zwei- und dreidimensionaler Darstellung übereinander gelegt werden und so genau die gewünschten Informationen liefern – ohne störende Zusätze, die von der eigentlichen Fragestellung nur ablenken würden. Am Anfang steht hier die so genannte Variogramm-Analyse. Sie untersucht, wie ähnlich sich die Messwerte einer Größe wie zum Beispiel der Konzentration eines Stoffes in einem bestimmten Bereich sind. „Die Masseverteilung auf Ihrem Wohnzimmerteppich dürfte zum Beispiel relativ homogen sein, mit ein paar Maximalwerten in staubigen Ecken“, erläutert Michael Schlüter. „Wenn Sie aber jetzt über die Terrasse in den Garten gehen, sind die Massen der dortigen Erdklumpen unvergleichlich höher – sie haben mit dem Staub im Wohnzimmer absolut nichts mehr zu tun. Der Schwellenwert, bis zu dem Staub gerade noch als Staub und nicht als Dreckklumpen gewertet wird, ist eine sehr wichtige und schwierig zu ermittelnde Größe bei der Variogramm-Analyse.“

Jetzt kann es allerdings vorkommen, dass man nach getaner Gartenarbeit auf dem Weg zum Bad im Wohnzimmer einen Erdklumpen fallen lässt – und das würde Michael Schlüter den „Nugget-Effekt“ nennen: Ein plötzlicher Ausreißer, der durch die umgebenden Messpunkte nicht vorherzusehen war. „Der Begriff kommt tatsächlich aus der Sprache der Goldsucher“, erzählt Schlüter. Denn nach der Variogramm-Analyse folgt nun das „Kriging“, benannt nach dem südafrikanischen Geostatistiker Daniel Krige, der das Verfahren bereits 1952 zum Auswerten von Daten aus Goldminen entwickelt hat. Hier geht es nun darum, aus bekannten Messpunkten, die ja immer „eindimensional“ sind, mittels eines statistischen Verfahrens auf die gesamte umgebende Fläche zu schließen. Goldklumpen in einem Gebiet, wo eigentlich keine Goldader verläuft, sind dann eine angenehme Überraschung – eine Sandbank in einem eigentlich schiffbaren Meeresabschnitt eher weniger.

Die Karten von MarGIS können auf dieser Webseite abgerufen werden. MarGIS verbindet hier Web- und Geo-Informationstechnologie miteinander. So ist es interessierten Behörden, Unternehmen und Organisationen möglich, alle benötigten Informationen sowie deren räumlichen Bezug zueinander auf einfache Weise abzufragen. Weitere Informationen über marine Geoinformationssysteme für interessierte Laien stehen hier zur Verfügung. „Im Sommer wird es auch eine Atlas-Version als pdf geben“, sagt Michael Schlüter, „damit die Hemmschwelle für Anwender aus der Wirtschaft noch niedriger wird.“

Momentan werden die Ergebnisse des MarGIS Projekts, das von 2002 bis 2005 im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN-Schwerpunkts „Informationssysteme im Erdmanagement“ gefördert wurde, vor allem von anderen Wissenschaftlern genutzt. „Viele maritime Ingenieurbüros und amtliche Stellen könnten aber ebenso davon profitieren“, meint Schlüter. Immerhin ist MarGIS das erste Geo-Informationssystem für Meeresanwendungen, während solche Systeme an Land schon lange im Einsatz sind. Neue Gesetzesinitiativen der EU zur Informationsfreiheit der Bürger und zur Klassifizierung von Lebensräumen auf dem Land und im Meer machen maritime Geo-Informationssysteme für die Zukunft unentbehrlich. „Mit der zunehmenden kommerziellen Nutzung der Meere durch Windparks und andere Projekte wird es über kurz oder lang auch eine standardisierte Umweltverträglichkeitsprüfung geben müssen, wie sie an Land schon jetzt üblich ist“, sagt Schlüter. Die dazu notwendigen Daten stehen mit MarGIS schon jetzt zur Verfügung.

WR/MW, iserundschmidt 10/2007