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Satellitendaten um Mikroalgengruppen weltweit zu quantifizieren
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Helmholtz-Hochschul-Nachwuchsgruppe "Phytooptics" am Alfred-Wegener-Institut
für Polar- und Meeresforschung und dem Institut für Umweltphysik
der Universität Bremen hat eine neue Methode entwickelt, die es ermöglicht,
die weltweite Konzentration einzelner Mikroalgengruppen direkt aus
Satellitendaten zu ermitteln. Mit den neuen Satellitenkarten können
zeitliche Veränderungen unterschiedlicher Algengruppen global beobachtet
und Auswirkungen des Klimawandels besser eingeschätzt werden. Bisher
war die quantitative Verteilung von Kleinstalgen (Phytoplankton) in den Weltmeeren nur als Gesamtheit zu bestimmen, nicht nach Algengruppen
getrennt. Verschiedene Algengruppen haben aber unterschiedliche Funktionen
sowohl für das Nahrungsnetz im Meer als auch für unser weltweites
Klima.
Die
von der Gruppenleiterin Astrid Bracher in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern
des Instituts für Umweltphysik, des Alfred-Wegener-Instituts und dem
GKSS Forschungszentrum Geesthacht entwickelte Methode, "PhytoDOAS" genannt,
nutzt Daten des Sensors "SCIAMACHY", der seit sieben Jahren kontinuierlich
an Bord des europäischen Umweltsatelliten "Envisat" vom Weltraum
aus die Farbe der Weltmeere detektiert. |
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Aus
den Bildern können die Verteilungen von zwei bedeutenden Phytoplankton-Gruppen,
Kieselalgen und Blaualgen, quantitativ abgeleitet werden. Algen
gewinnen die Energie, die sie für die Photosynthese benötigen,
durch die Absorption des Sonnenlichts mit bestimmten Pigmenten, wie dem
Chlorophyll. "Die aufgenommene Strahlung
wird als so genanntes Absorptionsspektrum ermittelt und ist für verschiedene
Algengruppen aufgrund ihrer Pigmentzusammensetzung spezifisch.
Die
unterschiedlichen Spektren können wir aus den Daten des Satellitensensors
"SCIAMACHY" bestimmen. Das ist ein wichtiger Schritt, da bisher nur dominierende
Algengruppen bestimmt und deshalb auch nur wesentlich allgemeinere Aussagen
überdie Verteilung von Mikroalgen in den Weltmeeren getroffen
werden konnten", so Astrid Bracher.
| Algen
produzieren mit Hilfe von Photosynthese Nahrung und Sauerstoff.Dabei
nehmen sie Kohlendioxid auf
und entziehen es der Atmosphäre.
Ein Teil der Algen wird gefressen und gelangt in die Nahrungskette, andere
sinken an den Meeresboden und versenken auf diese Weise Kohlendioxid.
Unterschiedliche
Gruppen von Phytoplankton spielen ganz unterschiedliche Rollen für
Klima und marines Nahrungsnetz:
Kieselalgen sind mit ihren Silikatschalen wesentlich am Aufbau von Material biologischen
Ursprungs beteiligt, das sich am Ozeanboden ablagert.
Blaualgen können im Gegensatz zu anderen Algen die organischen Stickstoff zum
wachsen benötigen, selbst elementaren Stickstoff fixieren. |
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Um Auswirkungen des
Klimawandels genauer studieren zu können, sind Langzeitdatensätze
überdie Verteilung und Produktivität verschiedener Phytoplankton-Gruppen
von grösster Bedeutung.
Bei
der Auswertung der Algengruppen muss aber auch die Absorption anderer
Stoffe berücksichtigt werden: Auch das Wasser selbst und die Spurengase
in der Luft wie z.B. Ozon und Stickoxide absorbieren Licht. Allerdings gibt es auch Grenzen für den Satelliten:
"Bei schlechtem Wetter und Wolken kann die Farbe des Ozeans nicht vom Satelliten
gesehen werden, also können auch keine Algenkarten erstellt werden.
Dann helfen nur die Messungen vor Ort," erklärt Bracher. Die Absorptionseigenschaften
der Algen werden dann direkt im Wasser ermittelt und mit den Satellitendaten
verglichen.
Solche Messungen wurden auf verschiedenen mehrwöchigen
Schiffsexpeditionen mit dem deutschen Forschungsschiff Polarstern im Atlantischen
Ozean durchgeführt. Die Validierung der Satellitendaten (sog. "ground
truthing" - Überprüfung am Boden) und der Vergleich mit einem
globalen biogeochemischen Modell haben gezeigt, dass die Satellitenkarten
die Verteilung der Algengruppen mit grosser Genauigkeit wiedergeben können.
Die
Ergebnisse wurden vor kurzem in der renommierten Fachzeitschrift Biogeosciences
veröffentlicht (Quantitative observation of cyanobacteria and diatoms
from space using PhytoDOAS on SCIAMACHY data. Biogeosciences, 6, 751-764,
2009). Die Forschungsarbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft
und von dem Helmholtz Impuls Fond gefördert.
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| Quelle:
Text Alfred-Wegener-Institut 2009 |
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