Kohlendioxid-Detektiv im Weltraum

Die erhöhten Kohlendioxid-Konzentrationen aus regionalen Emissionen wurden erstmals mittels Satelliten nachgewiesen.

Umweltforschern der Universität Bremen ist es erstmals gelungen, mittels Satellitenmessungen erhöhte regionale Konzentrationen des Treibhausgases Kohlendioxid (CO₂) nachzuweisen, die vom Menschen verursacht wurden. Sie verwendeten dazu Daten des unter der Federführung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gebauten Instrumentes SCIAMACHY auf dem von der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA betriebenen Umweltsatelliten Envisat.

Die Ergebnisse der Bremer Umweltforscher wurden heute in der Fachzeitschrift „Atmospheric Chemistry and Physics Discussion“ veröffentlicht. Danach befinden sich die höchsten Konzentrationen des Treibhausgases CO₂ über Europas Hauptballungsgebiet, welches sich von Amsterdam bis etwa Frankfurt erstreckt. Die Untersuchung basiert auf der Auswertung von Satellitendaten, die in drei Jahren gesammelt wurden.

„Die Interpretation dieser Daten ist schwierig, da es keine exakte Zuordnung zwischen lokalen Kohlendioxid-Emissionen und gemessener lokaler Erhöhung der atmosphärischen CO₂-Konzentration gibt“, sagt Michael Buchwitz vom Institut für Umweltphysik der Universität Bremen, der zusammen mit Kollegen die Auswertung der Satellitendaten vorgenommen hat. „Dies liegt im Wesentlichen daran, dass CO₂ aufgrund seiner langen Lebensdauer weit transportiert wird und die Satellitenmessungen nicht lückenlos sind.“

Ein weiterer Grund für die erschwerte Zuordnung von Kohlendioxid-Quelle und -konzentration liegt darin, dass es bereits sehr viel CO₂ in der Luft gibt. Selbst eine starke Quelle führt daher nur zu einer kleinen regionalen Erhöhung gegenüber der großen Hintergrundkonzentration. Außerdem werden die vom Menschen verursachten Emissionen von starken jahreszeitlichen Schwankungen der atmosphärischen CO₂-Konzentration überlagert. Denn im Frühling und Sommer, wenn die Pflanzen wachsen, nehmen sie große Mengen CO₂ aus der Atmosphäre auf und setzen diese im Herbst, wenn ein Großteil der Biomasse verrottet, nahezu vollständig wieder frei.

Abb. 1: Satellitenmessungen des CO₂ über Europa. Klar zu erkennen sind erhöhte CO₂-Konzentrationen (in rot) über Europas Hauptballungsgebiet, welches sich von Amsterdam bis etwa Frankfurt erstreckt. (Quelle: IUP, Uni Bremen)

Um vom Menschen verursachte Kohlendioxid-Konzentrationen nachweisen zu können, entwickeln die Bremer Umweltforscher daher unter anderem im Auftrag des DLR physikalisch-mathematische Methoden, mit denen die Daten von SCIAMACHY ausgewertet wurden. Man beobachtete, dass die regelmäßigen Schwankungen des CO₂, von einem kontinuierlichen Anstieg überlagert werden. Dieser resultiert hauptsächlich aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. "Das können wir klar in unseren Satellitendaten erkennen", so Buchwitz.

Kohlendioxid ist das wichtigste vom Menschen verursachte Treibhausgas und trägt am stärksten zum weltweiten Klimawandel bei. Die Hauptquelle von CO₂ ist die Verbrennung fossiler Brennstoffe, also von Öl, Kohle und Gas, zum Beispiel durch Verkehr, Industrie oder im Haushalt.

Abb. 2: Vergleich der CO₂-Satellitenmessungen (dicke gelbe Kurve sowie die zwei Karten) über der Nordhemisphäre mit bodennahen CO₂-Messungen (dünne rote und graue Kurven). Die Messungen zeigen klar die jahreszeitlichen Schwankungen des atmosphärischen CO₂ sowie dessen Anstieg, welcher überwiegend durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe verursacht wird. (Quelle: IUP, Uni Bremen)

SCIAMACHY ist das erste und derzeit weltweit einzige Satelliteninstrument überhaupt, welches diese Messungen durchführt. Seit dem Jahre 2002 befindet es sich an Bord des ENVISAT-Satelliten in der Erdumlaufbahn und liefert Informationen über den Zustand der Erde. Es wird erwartet, dass SCIAMACHY noch deutlich über das Jahr 2010 hinaus wertvolle Messdaten liefern wird.

Das Satelliteninstrument SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography) misst die von Erdboden und Atmosphäre zurück gestreute Sonnenstrahlung. Aus diesen Messungen lassen sich die atmosphärischen Konzentrationen einer Vielzahl von Spurengasen bestimmen, die für die Luftqualität, den Treibhauseffekt und die Ozonchemie wichtig sind. Die Projektleitung haben das DLR und die niederländische Raumfahrtagentur NIVR inne. Die wissenschaftliche Leitung des Projektes liegt beim Institut für Umweltphysik der Universität Bremen.

Quelle: Universität Bremen

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichungen:
  M. Buchwitz, O. Schneising, J. P. Burrows, H. Bovensmann, M. Reuter und J. Notholt, First direct observation of the atmospheric CO₂ year-to-year increase from space, Atmos. Chem. Phys. 7, 4249–4256, 2007.
  http://www.atmos-chem-phys.net/7/4249/2007/
  M. Buchwitz, O. Schneising, J. P. Burrows, H. Bovensmann, M. Reuter und J. Notholt, First direct observation of the atmospheric CO₂ year-to-year increase from space, Atmos. Chem. Phys. Discuss. 7, 6719–6735 (2007).
  http://www.atmos-chem-phys-discuss.net/7/6719/2007/
• Corrigendum:
  Atmos. Chem. Phys. 7, 5341–5342 (2007).
  http://www.atmos-chem-phys.net/7/5341/2007/
• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR):
  http://www.dlr.de
• Institut für Umweltphysik (IUP), Universität Bremen, FB1:
  http://www.iup.physik.uni-bremen.de
• Sciamachy-Seite der DLR Raumfahrt-Agentur:
  http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-2440/3586_read-5331/
• Institut für Umweltphysik der Universität Bremen:
  http://www.iup.uni-bremen.de/sciamachy/NIR_NADIR_WFM_DOAS/