Airbus Defence and Space

Die Zukunft der polaren Eisschilde

CryoSat-2 – entwickelt und gebaut von Airbus Defence and Space – misst die Veränderungen der Eismassen auf der Erde. Im Juni wurden die ersten Daten vorgestellt.

CryoSat-2: Ein Satellit auf eisiger Mission

Eis, nichts als Eis. Einem Wanderer in Grönland müssen die Eismassen unermesslich vorkommen. Scheinbar endlos erstreckt sich die weiße Landschaft in alle Himmelsrichtungen. Und unter den Füßen ist die Eisdecke mehrere Kilometer dick. 

Auf unvorstellbare 2,85 Millionen Kubikkilometer wird der Umfang des grönländischen Eisschildes geschätzt. Nach der Antarktis ist das die zweitgrößte Landeismasse der Erde. Doch was der Wanderer nicht sieht: Sie wird kleiner. Das Eis schmilzt. Wie schnell genau, lässt sich nur vom Weltraum aus beobachten. Das ist die Aufgabe des Satelliten CryoSat-2.

CryoSat-2: Ein Satellit auf eisiger Mission

Entwickelt und gebaut von Airbus Defence and Space Friedrichshafen umkreist der Erdbeobachtungssatellit der europäischen Weltraumorganisation ESA seit dem 8. April 2010 die Erde in einer Höhe von knapp 720 Kilometern. Nach einer mehrmonatigen Phase der Inbetriebnahme hat er vor etwa einem Jahr seinen Normalbetrieb aufgenommen. Der besteht darin, mit einem Höhenmesser die Dicke von Meereis sowie die Oberflächenhöhen von Landeis in der Arktis und Antarktis zu messen.

Denn genau das ist die Wissenslücke, die ein 18-köpfiges Team um den britischen Klimatologen Duncan Wingham (University College London) in dem 1998 formulierten Vorschlag für die Mission beklagte: „Die vom Meereis bedeckte Fläche wird zwar schon lange von Satelliten wie ERS-2 oder Envisat erfasst.


CryoSat-2: Ein Satellit auf eisiger Mission © Airbus Defence and Space

Doch über die Dicke des Meereises und damit das Gesamtvolumen ist kaum etwas bekannt. Damit fehlen verlässliche Informationen darüber, wie viel Meereis im Jahresrhythmus schmilzt und wieder gefriert.“

Auch werden exakte Daten über die großen Eisschilde der Erde dringend gebraucht, denn die Gletscher Grönlands und der Antarktis allein enthalten genug Wasser, um bei vollständigem Abschmelzen den Meeresspiegel um 65 bis 70 Meter ansteigen zu lassen. Je nachdem wie schnell sie tatsächlich abtauen, könnte der Pegelstand bis zum Ende dieses Jahrhunderts daher um wenige Dutzend Zentimeter oder auch mehrere Meter steigen – mit entsprechend dramatischen Konsequenzen für viele Millionen Menschen in Küstengebieten.

Im Juni 2011 wurde die erste mithilfe von CryoSat-2-Daten erstellte vorläufige Meereisdickenkarte des Nordpolarmeeres präsentiert. „Ich bin sehr glücklich mit diesen Ergebnissen“, sagte Wingham, leitender Wissenschafter des CryoSat-2-Programs der ESA. „Sie zeigen nicht nur, dass die Hardware exzellent ist, sondern auch, dass sie die geophysikalischen Daten liefert, die wir brauchen.“ CryoSat-2 hat in den letzten sieben Monaten aus einer Höhe von etwas mehr als 700 km und einer zuvor unerreichten Breite von 88 Grad präzise Messdaten geliefert, um die Veränderungen des Volumens der Eismassen der Erde zu untersuchen. Nach Angaben der ESA sind die Daten außergewöhnlich detailliert und deutlich besser, als die für die Mission festgelegte Spezifikation.

Das in der Meereisdickenkarte erfasste arktische Eis hat zwar keinen Einfluss auf die Höhe des Meeresspiegels, da es bereits auf dem Wasser treibt. Über den jährlichen Zyklus von Gefrieren und Auftauen beeinflusst es aber den Salzgehalt des Wassers und hat dadurch Auswirkungen auf Meeresströmungen. Der warme Golfstrom etwa sorgt dafür, dass es an unseren Küsten etwa vier Grad wärmer ist als auf vergleichbaren Breitengraden im Nordpazifik. Wenn das Wasser im hohen Norden durch eine verstärkte Eisschmelze aber süßer wird, könnte der Wärmespender Europas seinen Wirkungskreis verlagern oder womöglich ganz den Betrieb einstellen.

Veränderungen dieser nur wenige Meter dicken arktischen Eisdecke kann CryoSat-2 mit einer Genauigkeit von 1,5 Zentimeter pro Jahr bestimmen.

Diese Karte zeigt die Eisdicke in der Arktis und wurde mithilfe der außergewöhnlich detaillierten CryoSat-2-Daten erstellt. Dank CryoSat-2s besonderem Orbit mit hoher Inklination kann erstmals die Eisdicke in der Nähe des Nordpols bestimmt werden. © ESA

Diese Karte zeigt die Eisdicke in der Arktis und wurde mithilfe der außergewöhnlich detaillierten CryoSat-2-Daten erstellt. Dank CryoSat-2s besonderem Orbit mit hoher Inklination kann erstmals die Eisdicke in der Nähe des Nordpols bestimmt werden. © ESA

Für die Landeismassen Grönlands streben die Forscher sogar eine Genauigkeit von 0,7 Zentimeter pro Jahr an. Um diese Präzision zu erreichen, müssen die Satellitendaten mit Messungen am Boden abgeglichen werden. „Eines unserer Hauptaugenmerke lag erst einmal in der Validierung der CryoSat-Datenprodukte“, sagt Dr. Veit Helm vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven. Dafür wurden vom Satelliten überflogene Gebiete noch einmal von Flugzeugen aus vermessen. „Wir haben das Eindringverhalten des Ku-Band-Radars studiert und so Informationen darüber bekommen, wie genau CryoSat-2 eigentlich misst und was die Radarechos dominiert: die Oberflächenrauigkeit oder interne Schichten in den oberen Metern.“

Und vom Ergebnis ist Veit Helm durchaus angetan: „Die Genauigkeit der Messungen von CryoSat-2 ist wirklich außergewöhnlich.“ Aus den Daten, die die ESA der Öffentlichkeit bereit stellt, wollen die Bremerhavener Wissenschaftler Eisdickenkarten ableiten, um deren Veränderungen zu zeigen und bestehende Höhenmodelle der Antarktis und Grönland verbessern. Auch die Auswirkungen von unterschiedlichen Schneeigenschaften auf die Genauigkeit der CryoSat-Daten sollen in einer Simulation untersucht werden. „Die mit CryoSat-2 gewonnenen Daten erweitern unsere Wissensbasis enorm“, sagt Helm zufrieden.

CryoSat-2 hat in den letzten sieben Monaten aus einer Höhe von etwas mehr als 700 km und einer zuvor unerreichten Breite von 88 Grad präzise Messdaten geliefert, um die Veränderungen in der Dicke der Eismassen der Erde zu untersuchen.

In zwei bis drei Jahren, wenn CryoSat-2 mehrere jahreszeitliche Zyklen komplett beobachtet hat und die Höhenmodelle genau und zuverlässig genug sind, sollten dann auch zuverlässigere Aussagen darüber möglich sein, ob und wie schnell das Eis wirklich schmilzt und ob wir uns in Europa auch in Zukunft weiterhin auf das warme Golfstromwetter verlassen können.

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