Der Fingerabdruck der Erde: Physiker Luis Guanter setzt auf Satelliten-Scans

Satelliten, die mit Technologien zur Abbildungsspektroskopie ausgestattet sind, werden häufiger für die Beobachtung des Weltraums und der Planeten eingesetzt als für die Erkundung der Erde. Zu Unrecht, findet der Physiker Luis Guanter. Der Professor für Fernerkundung in den Geowissenschaften ist neu an der Universität Potsdam, die Überwachung der Erdoberfläche mit satellitengestützter Spektroskopie ist einer seiner Schwerpunkte.

Guanter beschäftigt sich mit der sogenannten hyperspektralen Fernerkundung. Gemessen wird dabei die Sonnenstrahlung, die an der Erdoberfläche reflektiert wird. Da verschiedene Materialien wie Mineralien, Wasser und Vegetation das Licht unterschiedlich absorbieren, erzeugen sie charakteristische Absorptionsspektren. Anhand dieser können die Bestandteile der beobachteten Landoberfläche identifiziert und quantifiziert werden. Die spektrale Oberflächenreflexion bezeichnet Guanter, der seinen Vortrag auf Englisch hält, daher auch als „fingerprint of surface materials“.

Hyperspektral-Scanner nehmen die Strahlung in vielen, eng benachbarten Kanälen auf. Die Oberflächenparameter lassen sich dadurch noch detaillierter bestimmen, als dies mit den bislang weiter verbreiteten multispektralen Sensoren möglich ist. Bei der Multispektralkamera des Satelliten „Sentinel-2“ entspricht ein Pixel einer etwa 290 Kilometer langen Fläche, bei den Hyperspektral-Scannern hingegen würde die Länge typischerweise ungefähr 30 Kilometer betragen.

Dem Professor für Fernerkundung zufolge könne die Analyse der Hyperspektraldaten für viele verschiedene Dinge eingesetzt werden. Für das sogenannte „Mineralmapping“ werden die Absorptionsmerkmale der aufgenommenen Spektren mit den Literaturwerten für verschiedene chemische Elemente verglichen. Auf diese Weise können die unterschiedlichen Mineralien in der Erde identifiziert und ihre Verteilung in Karten dargestellt werden. Auch für die Untersuchung von Wasserflächen eigne sich die satellitengestützte Spektroskopie. Ähnlich wie beim Mineralmapping werden die verschiedenen Komponenten des Wassers analysiert. Man könne verschiedene Phytoplanktongruppen unterscheiden und Aussagen über die Qualität des Wassers machen, so Guanter. Mittels des Phycocyanin-Gehaltes im Wasser, ein Protein in Blau- und Rotalgen, ließe sich zudem ermitteln, ob es sich um fließendes oder stehendes Gewässer handele.

Von Nutzen sei die Technologie ebenfalls in der Forschung auf den Gebieten der Biodiversität und Ökonomie, meint Guanter. Die Spektren geben hier zum Beispiel Aufschluss über den Wasser-, Zellulose- und Chlorophyll-Anteil der untersuchten Vegetation. So könne man darauf schließen, ob das Gebiet vertrocknet oder gesund sei. Aus der Analyse der Chlorophyllfluoreszenz – ein weiteres Phänomen, das auftritt, wenn Chlorophyll das Licht absorbiert – können Erkenntnisse über die biochemischen Prozesse in den Pflanzen gewonnen werden. Nicht zuletzt zeigen die Hyperspektral-Scanner auch Gebiete auf, in denen der Mensch seine Spuren hinterlassen hat: Sowohl durch Plastik und Öl verschmutzte Flächen als auch Quellen von Kohlenstoffdioxid und Methan lassen sich ausmachen.

Von der deutschen Satelliten-Mission EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) verspricht sich Guanter viel. Ab 2018 wird der Satellit in etwa 653 Kilometer Höhe die Erde umkreisen. Die in den Messungen gewonnenen Daten stehen dann Wissenschaftlern weltweit zur Verfügung. Merle Janssen

Merle Janssen