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Kohlendioxidmessung aus der Umlaufbahn

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 15.04.2015 12:27

Seit Juli 2014 hat die US-Weltraumbehörde NASA einen besonders hellsichtigen Treibhausgasspäher in der Umlaufbahn. Der Satellit OCO-2 misst auf wenige Quadratkilometer genau, wie und wo Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre global variieren. Auf der Jahrestagung der Europäischen Geowissenschaftlichen Union in Wien wurden erste Ergebnisse vorgestellt.

Darstellung des US-CO2-Beobachtungssatelliten OCO-2. (Bild: NASA/JPL)Rund 40 Milliarden Tonnen Kohlendioxid bläst die Menschheit pro Jahr in die Luft. Rund die Hälfte davon wird wieder durch die Weltmeere und die Vegetation herausgefiltert, doch der Rest bleibt in der Atmosphäre und reichert sich immer weiter an. Ende Mai 2013 überstieg der CO2-Gehalt am hawaiianischen Mauna Loa, wo seit 1958 kontinuierlich gemessen wird, erstmals 400 ppm. Solche Werte gab es seit drei Millionen Jahren nicht mehr. Seither schwankt der Wert beharrlich um die magische Marke, es ist absehbar, wann sie dauerhaft überschritten sein wird. "Wir wissen weder genau, wo die Emissionen entstehen, noch, wo Kohlendioxid verstärkt gebunden wird, wir kennen auch die Gründe nicht und wir wissen nicht, wie lange das noch so gehen wird", betont David Crisp vom Jet Propulsion Laboratory der Nasa.

Crisp ist Chefwissenschaftler des "Orbiting Carbon Observatory 2" (OCO-2). Der Satellit erreichte am 3. August 2014 seine geplante Umlaufbahn in rund 700 Kilometer Höhe, wo er seit Oktober kontinuierlich die Kohlendioxidkonzentrationen der Atmosphäre misst. Die Erstausgabe des Kohlendioxidspähers war 2009 zusammen mit der Trägerrakete in den Pazifik gestürzt, bei der baugleichen Nr. 2 verlief alles planmäßig. Er führt im Orbit den sogenannten A-Train an, einer Konstellation von Erdbeobachtungssatelliten, die immer in der Nachmittagssonne fliegt. "Wir sammeln seit rund sieben Monaten Daten und haben seither jeden Ort auf der Umlaufbahn etwa 14 Mal überflogen", meint David Crisp. Der Satellit misst das von der Erdoberfläche zurückgestrahlte Sonnenlicht in drei Frequenzbändern und gewinnt daraus Informationen über den Kohlendioxidgehalt der gesamten Luftsäule.

OCO-2 führt eine ganze Flotte von Erdbeobachtungssatelliten an, den sogenannten A(fternoon)-Train. (Bild: NASA/JPL)"Gase wie Kohlendioxid absorbieren bestimmte Farben des Spektrums und sie tun dies abhängig von der Konzentration unterschiedlich stark", erklärt Crisp. Nach dem Prinzip haben schon der europäische Envisat mit seinem SCIAMACHY-Instrument und der japanische GOSAT den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre vermessen. OCO-2 schaut aber schärfer hin und sammelt viel mehr Daten. "Die Kohlendioxidfahnen von Städten oder großen Kraftwerken sind nur ein paar Kilometer lang, aber unsere ersten Daten zeigen, dass wir solche Anomalien in der Erdatmosphäre entdecken können", sagt JPL-Forscher Florian Schwandner, der zum OCO-2-Team gehört. Der Satellit hat eine Auflösung von maximal drei Quadratkilometern. Mit einer speziellen Ausrichtung seiner Instrumente kann OCO-2 sogar über Wasserflächen messen, die normalerweise zu wenig Licht zurückwerfen. Er nutzt dazu die Spiegelung der Sonne. "Wir verfolgen die Sonnenspiegelung und messen die Strahlung, die von dort zurückgeworfen wird", erklärt David Crisp.

Ein vollständiges Bild kann der US-Satellit trotzdem nicht liefern. Zum Teil liegt das an der Messmethode, die sich auf das Sonnenlicht verlässt. Im Winter gibt es in Gebieten nördlich des 50. Breitengrads davon zu wenig für kontinuierliche CO2-Messungen. Hier bekommt der Satellit nur gelegentlich einen Messwert. Für Deutschland heisst das, dass es nördlich einer Linie von Bitburg über Rüsselsheim bis Bayreuth zu dunkel ist. "Mit der Zeit können wir das verbessern, weil wir lernen die Daten besser zu analysieren", so David Crisp, "doch derzeit ist das unsere Grenze." Zudem überfliegt OCO-2zwar die Erdoberfläche in regelmäßigen Bahnen, doch dabei misst er nur einem schmalen, maximal 10 Kilometer breitenStreifen. "Zwischen diesen Streifen haben wir viele Dutzend Kilometer Platz, für die wir keine Messwerte haben", sagt Florian Schwandner, "dort behelfen wir uns mit Modellierungen."

Auf eine wirklich flächendeckende Beobachtung der CO2-Entwicklungen müssen die Forscher noch warten. OCO-2 war stets nur als Stichproben-Mission gedacht, die vor allem die Leistungsfähigkeit der Methode demonstrieren sollte. Die Hoffnungen richten sich jetzt auf die europäische Weltraumagentur ESA, die das CarbonSat-Projekt auf dem Tisch hat. Der Orbiter soll zum ersten Mal hochauflösende, sehr genaue und flächendeckende Messungen liefern. 

Die erste Karte der CO2-Verteilung, die auf Daten von OCO-2 beruht. (Bild: NASA/JPL)