Erdbeobachtung

Korallen-Forschung aus dem All

Von Heike Hoenig
Aktualisiert am 10.10.2020
 - 10:00
Alles Korallen: Das Bikini-Atoll ragt nur an wenigen Stellen (dunkelgrün) aus dem Wasser. Links oben erkennt man den Krater der Wasserstoffbombe „Castle Bravo“. zur Bildergalerie
Der Laser des Erdbeobachtungs-Satelliten „ICESat-2“ dringt bis unter die Ozeanoberfläche vor. Damit ermöglicht er die Überwachung eines Stücks Natur, das ähnlich in Bedrängnis ist wie das Polareis.

Eigentlich ist er ja vor allem für Gefrorenes zuständig, und das bereits als Zweiter seines Namens. „ICESat-2“ steht für „Ice, Cloud and Land Elevation Satellite“, aber vor allem geht es seinen Betreibern bei der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa ums Eis. Seit zwei Jahren umkreist das anderthalb Tonnen schwere Vehikel die Erde in 470 Kilometer Höhe und wurde dort vor allem mit der Aufgabe stationiert, die Dicke von Meereis-Schollen zu überwachen sowie die Eispanzer Grönlands und der Antarktis. ICESat-2 kann allerdings auch mehr, etwa Höhenprofile von Wolken und Aerosolen erstellen sowie Vegetationszonen und ihre Veränderungen kartieren.

Doch nachträglich stellte sich heraus, dass der Satellit noch für etwas ganz anderes gut ist. Nachdem er das Bikini-Atoll bei den westpazifischen Marshall-Inseln überflogen hatte, lieferte er Aufzeichnungen der Korallenriffe, die sich dort in vierzig Meter Tiefe ausbreiten. Auch die Flachwasserzonen rund um die Insel konnte er haarscharf abbilden. Unterwasseraufnahmen aus dem All – damit hatte niemand gerechnet. „Wir konnten das Atoll und auch das gigantische Riffsystem darunter erkennen. Nie hätten wir so etwas für möglich gehalten“, sagt Adrian Borsa vom Nasa-Scripps-Forschungszentrum für Ozeanographie im kalifornischen San Diego.

Das Bikini-Atoll liegt etwa dreitausend Kilometer nordöstlich von Neuguinea auf 12 Grad nördlicher Breite und ist von besonderem Interesse. Nicht zuletzt natürlich aufgrund der insgesamt 23 amerikanischen Kernwaffentests, die hier bis 1958 stattfanden. Der erste regte im Sommer 1946 einen französischen Textildesigner dazu an, eine Bademodenkreation danach zu benennen. Die stärkste Testexplosion – die Wasserstoffbombe „Castle Bravo“ – war das heftigste nukleare Inferno, das die Amerikaner je gezündet haben. Sie detonierte 1954 mit der tausendfachen Sprengkraft der Hiroshima-Bombe und hinterließ einen Krater von 1400 Meter Durchmesser und 56 Meter Tiefe. Der Fallout kontaminierte neben Bikini auch die Nachbar-Atolle Rongelap und Rongerik, weite Teile der leuchtenden Korallen und bunten Fische in der Lagune wurden vernichtet. Konnte sich das ehemals prachtvolle Idyll wieder regenerieren?

Nur 20 Prozent der Weltmeere sind genau kartiert

Solche Fragen sind nicht so einfach zu beantworten. Die flächendeckende Überwachung von Korallenriffen ist eine besondere Herausforderung. Ihre Unterwassergefilde sind zu tief und zu ausgedehnt für eine einfache Oberflächenmessung und zu flach für Schiffe mit Echolot und Tiefenmessern. Seeleute sprechen hier auch von einem „weißen Band“ auf den Seekarten. Im Umfeld von Inseln und sogar um ganze Kontinente herum liegen nur wenige Daten vor, so dass die Kartierungen lückenhaft sind. So sind immer noch Spezialtaucher unterwegs, um einzelne Riffe zu inspizieren und ihren Gesundheitszustand von Hand zu dokumentieren. Neue Ansätze bieten Hyperspektralkameras in Flugzeugen, die aus rund viertausend Meter Höhe Bilder machen. Jedoch können auch sie nicht in größere Wassertiefe vordringen und Riffe vermessen, wie es für ein umfassendes Monitoring erforderlich wäre.

Anders das Instrument „Atlas“, an Bord des ICESat-2. Auch sein Name ist wieder ein Akronym: Atlas steht hier für Advanced Topographic Laser Altimeter System. Es wurde vom Goddard Space Flight Center der Nasa in Greenbelt, Maryland, unweit von Washington DC entwickelt und basiert auf den Erfahrungen mit dem Vorläufersatelliten „ICESat-1“. Dieser hatte einen roten Laser an Bord und war nicht gerade ein Adlerauge. Höchstens zwei Meter konnte er damit ins Wasser gucken, nicht viel mehr als ein Erdbeobachtungssatellit mit einem konventionellen Teleskop an Bord. Selbst Radar durchdringt nur wenige Meter Ozeanwasser, weshalb bis heute nur etwa zwanzig Prozent unserer Weltmeere hinreichend genauer kartiert sind. Atlas an Bord von ICESat-2 aber verfügt über einen grünen Laser und kann damit noch in vierzig Meter Wassertiefe messen. Wie schafft er das?

Wie fotografiert man den Meeresboden?

„Pro Sekunde schießt dieser Laser zehntausend Impulse auf die Oberfläche“, sagt Thorsten Markus, Programm-Manager für Kryosphärenforschung in der Nasa-Zentrale in Washington, der 1996 als Postdoktorand von der Universität Bremen zur Nasa kam. Damit setze der Satellit bei Überfliegen einer Region alle siebzig Zentimeter einen Abtastpunkt. „Die Genauigkeit des Strahls ist gewaltig“, sagt Markus, „und die Abtastgeschwindigkeit unfassbar schnell.“ Eine Highspeed-Kamera schieße vielleicht sechzig Bilder pro Sekunde, herkömmliche Kameras um die zehn. „Zusätzlich kann Atlas Höhenveränderungen bis in den Millimeterbereich messen.“ Mit jedem Schuss würden 300 Billionen Lichtquanten freigesetzt, höchstens 60 davon, ein winziger Teil also, würden reflektiert. Doch das reiche, um vom Teleskop des Satelliten wiederentdeckt zu werden. Ein Teil des Photonenbündels trifft auf die Wasseroberfläche und wird dort reflektiert, ein anderer dringt ins Wasser ein und wird vom Korallenriff oder vom Meeresboden zurückgeworfen. Zwischen beiden Reflexionen vergehen nur Mikrosekunden, doch auch das sei für das Teleskop des Satelliten kein Problem, erklärt Thorsten Markus. Das Gerät kann sie immer noch auseinanderhalten. „Auf diese Weise erhalten wir ein überaus detailliertes Relief vom Meeresboden.“

Diese Präzision sei es nun, die es erlaube, die Gesundheit von Korallen zu überwachen, sagt Thomas Allen Neumann, der Leiter des Labors für Kryosphärenforschung am Goddard Space Flight Center. Selbst minimale Veränderungen blieben dem Satelliten nicht verborgen. Alle 91 Tage überfliege ICESat-2 immer wieder die gleiche Region und stelle Abweichungen in Höhe und Größe des Riffs sofort fest. Daran erkenne man, ob ein Korallenriff sich verändert habe, ob es gewachsen oder kleiner geworden sei.

Rings um das Bikini-Atoll erfreuen sich demnach die bunten Riffe mehr als sechzig Jahre nach dem letzten Kernwaffentest üppigen Wachstums. Nun gilt es, die Riffe vor Bikini und anderswo aus dem All im Auge zu behalten, denn die kleinen Nesseltiere, deren Polypen die Korallenbänke zu Myriaden aufbauen, reagieren besonders empfindlich auf die Erderwärmung. Sie sind Klima-Sorgenkinder der Tropen, mindestens so sehr, wie es an den Polen die Eismassen und die von ihnen abhängigen Tiere sind.

Quelle: F.A.S.
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