18.02.2019

Antarktische Gletscher im Blick

TanDEM-X-Höhenmodelle und Satelliten-Daten ermöglichen detaillierte Beobachtung von Veränderungen.

Der Thwaites-Gletscher gehört zu den fragilsten Gletschern der West­antarktis und schmilzt mit zunehmender Geschwindigkeit unaufhaltsam in die Amundsen-See. Bislang ist er für rund vier Prozent des globalen Meeres­spiegel­anstiegs verantwortlich und kann mit seinen verbleibenden Eismassen die Ozeane künftig um mehr als 65 Zentimeter steigen lassen. Mithilfe der deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X ist es erstmals möglich, den Thwaites-Gletscher und andere Polgebiete flächen­deckend mit hoher Auflösung drei­dimensional zu vermessen und regelmäßig zu beobachten. Um die Schmelz­prozesse und Veränderungen des Thwaites-Gletschers besser verstehen und vorhersagen zu können, haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt spezielle TanDEM-X-Höhenmodelle erstellt.

Abb.: TanDEM-X-Höhenmodell des Thwaites-Gletschers in der Westantarktis....
Abb.: TanDEM-X-Höhenmodell des Thwaites-Gletschers in der Westantarktis. (Bild: DLR, CC-BY3.0)

Ein gigantischer Hohlraum, ein 350 Meter großes Loch, klafft im Boden des antarktischen Gletschers und frisst sich mit dem von unten eindringenden Meerwasser immer weiter in das Eis hinein. Die Experten hatten schon seit Jahren den Verdacht, dass Thwaites nicht fest mit seinem Untergrund verbunden ist. Die Größe des Hohlraums sowie die Ausbildung von subglazialen Rinnen ist jedoch so überraschend wie besorgnis­erregend: Insgesamt 14 Milliarden Tonnen Eis sind so bereits ausgewaschen worden – vorwiegend in den letzten drei Jahren, wie aus den Satelliten­daten der amerikanischen, deutschen und italienischen Forschungs­partner hervorgeht. Anhand der TanDEM-X-Aufnahmen konnte dabei die Schmelzrate bestimmt werden.

Darüber hinaus offenbaren die TanDEM-X-Höhenmodelle die besondere Dynamik des Gletschers: Die Hebungen und Senkungen der Eis­ober­fläche wurden genau vermessen und gaben damit wichtige Rückschlüsse auf die darunter­liegenden Schmelz­prozesse. Mit Aufnahmen der italienischen Cosmo-Skymed-Satelliten konnte auch die Wanderung der Aufsetz­linie des Gletschers – die den Übergang markiert, an dem die Eismasse kein Festland mehr unter sich hat und beginnt, auf dem Meer zu schwimmen – im Zeit­verlauf genau beobachtet werden. So kamen die Wissenschaftler zu der neuen Erkenntnis, dass sich zwar die Gletscher­ober­fläche hebt, die Eisdicke aber insgesamt abnimmt. Die Wechsel­wirkungen zwischen Eismasse und eindringenden Meerwasser haben weit­reichendere Folgen als bisher angenommen. Um die Auswirkungen der Gletscher­schmelze auf den globalen Meeresspiegel genauer vorhersagen zu können, sind diese und weitere Erkenntnisse daher essenziell. Die aktuelle Studie zeigt, welche entscheidende Rolle innovative Radar­satelliten­technologien dabei spielen.

Für die detaillierten Zeitreihen-Analysen kommandierten die DLR-Forscher insgesamt 120 TanDEM-X-Aufnahmen im Zeitraum 2010 bis 2017. Mit Hilfe des globalen TanDEM-X-Gelände­modells wurde daraus eine Zeitreihe von Höhenmodellen erstellt. „Diese einzigartige Fähigkeit von TanDEM-X ermöglicht die präzise Beobachtung von Änderungen in der Ober­flächen­topographie und damit derart fundierte Analysen von Schmelz­prozessen in den Polkappen“, sagt Paola Rizzoli vom DLR-Institut für Hoch­frequenz­technik und Radar­systeme.

Die hochgenaue Bestimmung der Gletscher­struktur gelingt dank einer hochgenauen interfero­metrischen Prozessierung, Geokodierung und Kalibrierung der TanDEM-X-Aufnahmen, die am DLR-Institut für Hoch­frequenz­technik und Radar­systeme implementiert wurde. Die Eingangs­daten liefert die automatisierte TanDEM-X-Prozessierungs­kette des DLR-Instituts für Methodik der Fern­erkundung. Aufgezeichnet werden die Daten von TerraSAR-X und TanDEM-X vom Deutschen Fern­erkundungs­daten­zentrum an seinen Stationen in Neustrelitz, Inuvik in der kanadische Arktis und GARS O’Higgins in der Antarktis. Das Deutsche Raumfahrt­kontroll­zentrum ist am DLR in Oberpfaffenhofen für den Betrieb der Zwillings­satelliten verantwortlich.

Dank der neuen Technologien und Methoden der Radar­fern­erkundung können Wissenschaftler die kritischen Klima­prozesse noch gezielter untersuchen und Vorhersage­modelle weiter verbessern. Die neuesten Ergebnisse zur Entwicklung des Thwaites-Gletschers bieten der Klima- und Umweltforschung einen wertvollen Wegweiser.

Eine mögliche Nachfolge­mission zu TanDEM-X hat das DLR auch bereits entworfen: Das Tandem-L-Missions­konzept sieht zwei Radarsatelliten vor, die im L-Band bei 23,6 Zentimeter Wellenlänge arbeiten und dynamische Prozesse auf der Erdoberfläche wie das Abschmelzen des Thwaites-Gletschers global und systematisch erfassen sollen. Ziel von Tandem-L ist es, die Landmasse der Erde im Wochen­rhythmus abzubilden. Die Mission wird neue Maßstäbe in der Erd­beobachtung setzen, den globalen Wandel mit einer neuen Qualität beobachten und wichtige Handlungs­empfehlungen ermöglichen. Mit der neuen Technologie könnten die drei­dimensionalen Strukturen von Vegetations- und Eisgebieten erfasst werden sowie die groß­flächige Vermessung von Deformationen mit Millimeter­genauigkeit erfolgen.

DLR / RK

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