EPSI - Umweltschutz mittels Satellitenaufnahmen

Tobias Plötzing, Britta Pielen und David Schnicke

Kurzfassung Die Idee Das Umweltinformationsgesetz Möglichkeiten und Grenzen der Fernerkundung mittels Daten aus dem Internet Die verschiedenen Sensortypen Fernerkundungssatelliten Aufnahmesysteme in der Fernerkundung Aktive Sensortypen Passive Sensortypen Spektrale Empfindlichkeit Beispiele für Umweltschutz mittels Fernerkundung Atmosphäre Wasser Land ISIS Die ersten Schritte zur Verwirklichung des Umweltinformationsgesetzes Literaturverzeichnis

Zur Titelseite:

1. Kurzfassung

In unserer modernen Welt kommen täglich neue Probleme auf uns und unseren Planeten zu, die schnelles Handeln erfordern. Gerade unsere junge Generation ist aufgrund ihrer Medienkompetenz dazu aufgefordert, Verantwortung für unser Raumschiff Erde zu übernehmen. Je früher sich entwickelnde Umweltkatastrophen oder Klimaveränderungen erkannt werden können, um so größer sind die Möglichkeiten der Prävention und zukünftigen Verhinderung. Die Ausmaße der Zerstörung könnten durch globale Beobachtung unseres Planeten mittels Satellitenaufnahmen minimiert werden. Täglich werden tausende Satellitenaufnahmen von unserem Planeten gemacht. Nur wenige sind jedoch dem Bürger durch die Medien frei zugänglich, wie es das Umweltinformationsgesetz eigentlich vorsieht.

Durch die aktive Nutzung von Satellitendaten wäre die Früherkennung und Behebung von Bedrohungen für den menschlichen Lebensraum möglich. Bei Bereitstellung der Daten im Internet wäre es einer breiten Nutzergemeinde möglich, unsere Erde zu schützen. Die heute schon im world wide web erhältlichen Daten sind zum größten Teil im Bereich der Meteorologie zu finden. Darstellungen über Vegetationsindex und Landsataufnahmen sind Mangelware. Trotzdem war es uns möglich, durch intensives Suchen im Internet, auch zu diesen Themen Beiträge in unserer Arbeit auszuarbeiten.

Wir haben das aktuelle Phänomen "El Niño" anhand von Satellitenbildern aus dem Internet verfolgt und beobachtet. Die Möglichkeiten, die durch den Vergleich von Vegetationsindexen, Ozonmessungen und Landsataufnahmen zu erschließen sind, haben wir in unserer Arbeit gründlich dargestellt. Wir versuchen, mit dieser Arbeit einen Anfang zu machen, um zu zeigen, daß alle Schulen Projekte starten, und damit einen aktiven Beitrag zum Umweltschutz leisten könnten. Die Effektivität dieser Projekte könnte durch die Zusammenarbeit, z.B. im Rahmen von Schulen ans Netz, gesteigert werden. Außerdem würde eine Verwirklichung unseres Projektes an Schulen neue Möglichkeiten und Wege für eine nachhaltige und sinnvolle, sowie aktuelle Umwelterziehung erschließen. Zum Erstellen dieser Arbeit haben wir, Britta Pielen, Tobias Plötzing und David Schnicke zahlreiche Internetseiten durchsucht und katalogisiert. Unsere Ergebnisse werden wir in einer Homepage zusammenfassen. Wir haben Themen und Arbeitsvorschläge in unserer Arbeit vorgestellt, um andere zum Nachmachen aufzurufen.

Unser Ziel ist damit eine aktivere Beteiligung und ein größeres Interesse der Jugend an der Sicherung unserer Zukunft zu bewirken.

2. Die Idee

In unserer modernen Welt kommen täglich neue Probleme auf uns und unseren Planeten zu, die schnelles Handeln erfordern. Gerade unsere junge Generation ist aufgrund ihrer Medienkompetenz dazu aufgefordert, Verantwortung für unser Raumschiff Erde zu übernehmen. Je früher sich entwickelnde Umweltkatastrophen oder Klimaveränderungen erkannt werden können, um so größer sind die Möglichkeiten der Prävention und zukünftigen Verhinderung. Die Ausmaße der Zerstörung könnten durch globale Beobachtung unseres Planeten mittels Satellitenaufnahmen minimiert werden. Täglich werden tausende Satellitenaufnahmen von unserem Planeten gemacht. Nur wenige sind jedoch dem Bürger durch die Medien frei zugänglich, wie es das Umweltinformationsgesetz eigentlich vorsieht.

Durch die aktive Nutzung von Satellitendaten wäre die Früherkennung und Behebung von Bedrohungen für den menschlichen Lebensraum möglich. Bei Bereitstellung der Daten im Internet wäre es einer breiten Nutzergemeinde möglich, unsere Erde zu schützen. Die heute schon im world wide web erhältlichen Daten sind zum größten Teil im Bereich der Meteorologie zu finden.

Unser Ziel ist damit eine aktivere Beteiligung und ein größeres Interesse der Jugend an der Sicherung unserer Zukunft zu bewirken.

3. Das Umweltinformationsgesetz

Das Umweltinformationsgesetz vom 16.7.1994 spricht jedem Bürger das Recht des freien Zugangs zu Informationen über die Umwelt zu. Der Gesetzesentwurf fordert die Bereitstellung der Daten über den Zustand der Gewässer, der Luft, des Bodens, der Tier- und Pflanzenwelt und der natürlichen Lebensräume. Beschränkungen sind nur da vorgesehen, wo der effektive Vollzug des Umweltrechts gefährdet oder der Schutz privater Belange, beispielsweise der Schutz persönlicher Daten nicht mehr gewährleistet werden könnte.

Dieses Gesetz beinhaltet nicht nur das Recht des Bürgers auf Information, sondern auch die Verpflichtung der Bundesregierung diese Informationen über den Zustand der Umwelt zur Verfügung zu stellen.

4. Möglichkeiten und Grenzen der Fernerkundung mittels Daten aus dem Internet

Die Informationsdichte des Internets ist sehr groß, jedoch ist das Suchen und Finden spezieller Daten durch dieses Netz sehr zeitaufwendig. Anbieter aus fast allen Ländern der Welt bieten die Möglichkeit, auf verschiedene Aufnahmen diverser Satelliten zuzugreifen. Der Erwerb von sogenannten Satelliten-Snapshots aus dem Internet ist heutzutage kein Problem mehr. Auch Satellitenvideos werden hier in großer Fülle angeboten, wofür jedoch ein schneller Internetzugang sehr ratsam ist. Das Erstellen eines Kataloges, in dem die Anbieter von Satellitenbildern vermerkt werden, ist daher schwierig, weil sich im Internet häufig Adressen verändern und Informationen gelöscht werden um Platz für andere Daten auf den Servern frei zu machen. Im Anhang zu dieser Arbeit ist eine Tabelle zu finden in der einige der uns bekannten Institutionen vermerkt sind, die Satellitenbilder anbieten. Die beistehenden Internetadressen sollen jedoch nur als Einstieg in ein Durchsuchen des Netzes interpretiert werden, nicht als direkten Weg zu den, von jedem User individuell gewünschten, Bildern. Bei frei zugänglichen Daten ist jedoch immer darauf zu achten, ob es sich nur um Snapshots oder um die Originalbilder handelt. Snapshots können aufgrund ihrer niedrigen Auflösung nur zu einem Eindruck der Region verhelfen, während Originalbilder zur detaillierten Auswertung benötigt werden. Die Schnittstelle ISIS (siehe Kapitel 7) bietet aktuelle Satellitenbilder in verschiedenen Spektralbereichen von der gesamten Erde an. Die Bilder sind in einem Katalog sinnvoll geordnet und folglich sehr gut zum Vergleich geeignet. Leider sind diese Bilder nicht kostenlos erhältlich

Obwohl die erste Grenze der Fernerkundung, nämlich die Unübersichtlichkeit des Internets, hier gebrochen ist, tritt direkt eine neue auf, das Geld: Wie im Kapitel 7 beschrieben kosten die Satellitenaufnahmen bei ISIS über 100 DM.

5. Die verschiedenen Sensortypen

Seit den 70er Jahren beobachten Erdsatelliten unseren Planeten. Sie sind Teil eines Gesamtsystems, das aus zahlreichen Bord- und Bodensensoren besteht. In einem komplexen informationstechnischen Prozeß (Messen, Übertragen und Verarbeiten) wird die Erde vom Weltraum aus beobachtet und die von ihrer Oberfläche oder von der Atmosphäre reflektierte oder emittierte elektromagnetische Strahlung mit aktiven und passiven Sensoren mit hoher Genauigkeit gemessen.

Die im Weltraum von Bordsegmenten gemessenen Daten werden über Funk zur Erde übertragen, dort erfaßt, systematisch verarbeitet, gespeichert und für die verschiedensten Anwendungen zur Verfügung gestellt.

Satelliten weisen gegenüber den terrestrischen und flugzeuggetragen Aufnahmesystemen eine Reihe von Vorzügen auf:

• Auf Grund der großen Aufnahmedistanz und ihrer hohen Umlaufgeschwindigkeit sind Satelliten in der Lage, in kurzer Zeit große Gebiete der Erde meßtechnisch zu erfassen (eine Erdumrundung dauert bei Satelliten die in 800 km Höhe in polarer Umlaufbahn (orbit) die Erde umkreisen, etwa 100 min).
• Das gleiche Gebiet der Erdoberfläche wird je nach Sensortyp durch geeignete Orbitwahl mit einer Wiederholungsrate von 3 Tagen bis ca. 1 Monat wieder aufgenommen, geostationäre Satelliten (METEOSAT) erreichen eine Periodendauer von bis zu ½ Stunde.
• Der gesamte Prozeß der Datenaufnahme und Übertragung läuft automatisch ab, ohne daß sich der Datenanwender um dessen Organisation kümmern muß.

Abb. 5.1: Schema der Fernerkundung

5.1 Fernerkundungssatelliten

Moderne Fernerkundungssatelliten bestehen aus einer Plattform, auf der im allgemeinen mehrere unterschiedliche Sensoren und ein Datenübertragungssystem mit mehreren Telemetriekanälen (Telemetrie = Fernmessung, die Übertragung von Meßwerten per Funk über größere Entfernungen) montiert sind. Jeder Sensor wiederum enthält Anordnungen von Detektoren (einzeln, in der Reihe, oder im Gittern), die auf unterschiedlichen Halbleitermaterialien basieren. Der Satellit Landsat 5 beherbergt z.B. die Sensoren MSS (Multispektralscanner) und TM (Thermic Mapper), wobei der TM wiederum mit 7 Detektoren unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit bestückt ist, die in zwei Focussierebenen angebracht sind.

5.2 Aufnahmesysteme in der Fernerkundung

Alle zum Einsatz kommenden Aufnahmesysteme gewinnen ihre Informationen aus der von der Erdoberfläche reflektierten oder emittierten elektromagnetischen Strahlung. Man unterscheidet zwischen zwei verschiedenen Systemen:

Abb. 5.2.1 Sensortypen

Passive Systeme

• Nutzung der reflektierten Sonnenstrahlung
• Nutzung der abgegebenen Thermalstrahlung

Aktive Systeme

• Nutzung der reflektierten, vom Satelliten erzeugten, künstlichen Strahlung

5.3 Aktive Sensortypen

Aktive Sensortypen erzeugen das Meßsignal selber, senden es zur Erdoberfläche oder in die Atmosphäre und messen das rückgestreute Signal. Aus dem Vergleich des Sendesignals mit dem Empfangssignal können Rückschlüsse auf die Struktur und die Eigenschaften des Beobachteten Objekts gezogen werden. Beispiele für die aktiven Systeme sind Radarsensoren mit realer oder synthetischer Apertur (SAR) und Laserinstrumente (LIDAR). Ihr großer Vorteil liegt auch darin, daß sie unabhängig von der Sonneneinstrahlung, also auch nachts und bei Bewölkung (nur Radar) arbeiten können. Vereinzelte Bilder dieser Art sind auch im Internet zu finden (siehe Anhang).

5.4 Passive Sensortypen

Bekannte Systeme der passiven Satelliten sind der LANSAT (LANDerkundungsSATellit) oder der französische SPOT-Satellit (Système Probatoire d’Observation de la Terre). Diese Satelliten umkreisen die Erde in einer relativ flachen Umlaufbahn von 700 bis 900 km Flughöhe (natürlich ist die Flughöhe bei jedem Satelliten festgelegt). Sie scannen mit ihren hochempfindlichen Sensoren, den Radiometern, die Erdoberfläche zeilenweise ab und überfliegen dabei in einem bestimmten Zeitintervall alle Gebiete der Erde.  Die Gruppe der passiven Aufnahmesysteme läßt sich in zwei weitere Untergruppen aufgliedern:

• fotografische Systeme:
  Im Normalfall erfolgen die einzelnen Aufnahmen in senkrechter Ausrichtung zur Erdoberfläche. Mit Hilfe von Reihenaufnahmen versucht man dabei eine 60 - 80%ige Gebietsüberdeckung zu erreichen. Nur so ist später eine dreidimensionale Auswertung des Bildmaterials möglich.
• Abtastsysteme:
  Diese Systeme tasten zeilenweise die elektromagnetischen Strahlungswerte der Erdoberfläche ab. Durch Zusammenfügen der einzelnen Bildzeilen entsteht eine Gesamtaufnahme.

Je nach Sensorauslegung arbeiten sie in den verschiedenen optischen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums (UV - IR). Können mit einem Abtastsystem mehrere Spektralbereiche aufgenommen werden, so spricht man von Multispektral-Scannern.

5.5 Spektrale Empfindlichkeit

Die Fernerkundungssensoren sind so konfiguriert, daß sie je nach Anwendungs-zweck für mehr oder weniger spektrale Bänder empfindlich sind. Im kurzwelligen Bereich wird die ultraviolette Strahlung und ihre Absorption durch das atmosphärische Ozon gemessen. Im sichtbaren Teil des Spektrums läßt sich die Landoberfläche kartieren, aber auch die Wasserfarbe beobachten, die Rückschlüsse auf Schwebstoffe und Sedimente ermög-licht. Im reflektiven Infrarot, dem Absorptionsgebiet des Clorophyll, wird Vegetation kartiert, und im thermischen Infrarot die Temperatur der Erdoberfläche, der Ozeane und der Wolken gemessen. Im Zentimeterbereich finden Radarsensoren unter anderem Anwendung in der Altimetrie, der Eiskartierung sowie bei der Bestimmung von Richtung und Geschwindigkeit ozeanischer Wasserwellen. Eine wichtige künftige Anwendung ist die Radarinterferometrie zur Höhenbestimmung im chromatischen Modus (für alle Farben gleich empfindlich) bei einer Auflösung von 10x10 m.

Abb. 5.5.1 Spektrale Empfindlichkeit einzelner Sensoren

6. Beispiele für Umweltschutz mittels Fernerkundung

6.1 Atmosphäre

Anhand des Beispiels "Ozon" möchten wir die Möglichkeiten der Fernerkundung in der Atmosphäre zeigen:
Manchen Satelliten sind in der Lage, die Ozonkonzentration der Atmosphäre zu messen. Der Sensor TOMS (Total Ozon Mapping Spectrometer) mißt täglich die von der Erdatmosphäre zurückgestreute UV-Strahlung der Sonne. Aus dem Vergleich mit der direkten solaren UV-Strahlung kann die totale Ozondichte berechnet werden. Dazu wird das Verhältnis der Meßwerte bei den Wellenlängen 312 und 331 nm bestimmt, da erstere stark die zweite aber nur wenig durch Ozon absorbiert wird. Alle 8 Sekunden führt TOMS in seinem Gesichtsfeld von 50 km² 35 Messungen durch, so daß pro Tag 200 000 Meßwerte global vorliegen. Da TOMS nur das gestreute Sonnenlicht registriert, sind keine Messungen in der Region des Polarwinters möglich. Kartierungen des Antarktischen Ozonlochs in den Monaten August und September weisen daher stets durch die Polarnacht verursachte Datenlücken auf. Einzelmessungen werden gemittelt und in ein Raster mit 1 Grad (Breite) mal 1,25 Grad (Länge) gebracht. Diese Daten liegen für jeden Tag vor, und sind in Dobson Units skaliert. 

Die Bilderserie (Abb. 6.1.1) zeigt die Ozonverteilung über der gesamten Erde vom 30.12.97 und vom 1.1.98 bis zum 4.1.98. All diese Bilder und andere Daten findet man im Internet unter folgender Adresse:

http://nic.fb4.noaa.gov/products/stratosphere/tovsto

Abb. 6.1.1: Ozonverteilung

Abb. 6.1.2: Ozonkonzentration über Europa (26.12.97)

6.2 Wasser

a) Das Phänomen El Niño

Normalerweise überqueren die Passatwinde den Pazifik westlich von Peru somit ganzjährig als Südostpassat. Dabei "schieben" sie das warme Oberflächenwasser in den Westpazifik. Der Meeresspiegel in Indonesien ist dadurch etwa 1/2 Meter höher als vor der Küste von Ecuador!

Dies führt auch dazu, daß die Oberflächentemperatur des Wassers - engl. sea surface temperature (SST) - des Westpazifik 8 °C höher ist als vor der Küste Südamerikas. Dort sorgen die ablandigen Winde auch dafür, daß kaltes und nährstoffreiches Tiefenwasser aufsteigt, was einen großen Fischreichtum in diesen Gewässern ermöglicht. Die Gebiete mit den stärksten Niederschlägen befinden sich ebenfalls im Bereich des westlichen Pazifik, dort, wo hohe SST beobachtet werden.Lassen die oben beschriebenen beständigen Passatwinde nach, oder verschwinden ganz, so hat das fatale Folgen. Das durch die Winde angetriebene Aufsteigen des nährstoffreichen und kalten Tiefenwassers läßt nach. Die SST steigt an. Durch das geringere Nährstoffangebot kommt es zu starken Populationseinbrüchen bei Fischbeständen bzw. zu deren Abwandern in tiefere Meeresschichten oder andere Regionen. Dadurch sind diese weder für die davon lebenden Seevögel noch Robben erreichbar, was bei diesen zu einem Massensterben führt. Aber auch die Fischereiindustrie ist betroffen. Zusammen mit der steigenden SST ändert sich auch die atmosphärische Zirkulation. Wo sonst Wüste herrscht kann es nun zu starken Niederschlägen mit Überschwemmungen kommen, da sich entsprechend der SST auch die Regionen mit den Niederschlägen verschieben. Auf der anderen Seite des Pazifik, in Australien und Indonesien, treten dagegen Dürren auf. Da dieses Phänomen häufig um die Weihnachtszeit auftritt, wurde es "El Niño", das (Christ)Kindlein genannt.

Abb. 6.2.1: Das Phänomen El Niño

Es ist durchaus vorstellbar, daß eine solch massive Verlagerung / Umstellung der Strömungsverhältnisse Auswirkung auf die gesamte atmosphärische Zirkulation hat, was wiederum zu Änderungen des Wetters auch in weit entfernten Regionen führen kann.

Anhand der folgenden Bilder lassen sich die Unterschiede zwischen einem normalen (links) und einem El Niño-Jahr (rechts) erkennen.

Abb. 6.2.2: Wassertemperaturen bzw. deren Abweichung im normalen (links) und im El Niño-Jahr

Die obigen Bilder sind einem Archiv entnommen, das im Internet unter http://www.pmel.noaa.gov/toga-tao/realtime.html zu erreichen ist. In diesem Archiv liegen die aktuellen Daten sowie die Bilder der SST ab 1991 zum Abruf bereit. Eine weltweite Überwachung der Meerestemperaturen ist anhand dieser vorbildlichen Daten somit für jedermann bereits heute möglich (siehe Abbildung 6.2.3).

Abb. 6.2.3: Oberflächentemperatur der Weltmeere (03.01. - 06.01.1998)

b) Die Wüsten der Meere

Auch in der Meeresforschung konnte die Satellitenbeobachtung völlig neue Wege eröffnen (http://seawifs.gsfc.nasa.gov./SEAWIFS/IMAGES/GALLERY.html). Eine erstmalige Beobachtung weiter Meeresgebiete konnte Erklärungsmodelle bestätigen und vervollständigen, wie beispielsweise die Entstehung der Wüsten der Meere. Die Wüsten der Meere entstehen durch eine zu starke Aufheitzung des Oberflächenwassers. Im warmen, sonnendurchdrungenen Oberflächenwasser sind die für das Phytoplankton wichtigen Nährstoffe schnell erschöpft. Die Nahrungszufuhr erfolgt durch das Aufsteigen von nährstoffreichem Wasser aus tieferen Schichten. Ist die Oberflächenaufheitzung jedoch zu hoch, so kommt es zur Bildung einer Deckschicht, die das Aufsteigen von kälterem Wasser behindert. Aus diesem Grund gibt es im Pazifik und in anderen tropischen Meeren weite Gebiete die sehr arm an Phytoplankton sind, da stabile, warme Deckschichten das "Düngen" der Deckschicht verhindern. Die Reichhaltigkeit des Phytoplanktons bestimmt den Fischbestand, da sie durch die Nahrungskette miteinander verbunden sind. Besonders reichhaltige Fischbestände findet man folglich in den Konvergenzgebieten warmer und kalter Meeresströmungen, sowie salzarmen wie salzreichen Wassers (Dichteunterschiede).Anfang der 70er Jahre entdeckten Meeresbiologen die Beobachtungsmöglichkeiten von Satelliten für ihre Zwecke. Erstmals war man in der Lage die Produktivität großer Meeresgebiete zu beobachten, überwachen und flächendeckend einzuschätzen. Für dieses Projekt wurde der CZCS, der Küstenzonenfarbabtaster entwickelt. Er fliegt in Nimbus 7 mit einer Flughöhe von 955 km auf einer sonnensynchronen polaren Umlaufbahn und ist mit vier Kanälen im sichtbaren, einem Kanal im infraroten, und einem Kanal im thermalen Wellenbereich ausgestattet. Gegenüber den LANDSAT- und SPOT- Satellitenaufnahmen hat er mit 825 mal 825 Metern pro Pixel eine geringe Auflösung die es ermöglicht hat erstmals Karten vom Meeresgrund anzulegen.

Er hilft das Leben im Meer zu beobachten, zu verfolgen und insbesondere seine Veränderungen vom Winter zum Frühjahr (Frühjahrsblüte) zu registrieren.

6.3 Land

a) Arbeit mit dem Vegtetationsindex

Abb. 6.3.1: Der Vegetationsindex von Europa im Frühjahr

Zu den interessantestens Bearbeitungsmöglichkeiten der Fernerkundung gehört der Vergleich verschiedener Vegetationsindizes der gleichen Region zu verschiedenen Zeiten. Der Vegetationsindex wird über ein spezielles System aus verschiedenen Satellitendaten Pixel für Pixel errechnet, demnach sind die Bilder über den Vegetationsindex keine Satellitenbilder wie visuelle oder Infrarotaufnahmen, sondern computergenerierte Bilder. Die Bearbeitung und der Vergleich fallen entsprechend einfach aus. Auskunft über das Vorhandensein von Vegetation gibt die Differenz zwischen dem, was im Rot-Kanal und dem, was man im Kanal des nahen Infrarot sieht. Der Vegetationsindex tauch als Farb/Zahlen-Angabe am Bildrand auf. Hohe Werte bedeuten hohe Chlorophyllproduktion, niedrige Werte geringe Produktion. Mit diesem Mittel kann man z.B. die Zerstörung durch Naturkatastrophen wie Waldbränden, Vulkanausbrüchen u.s.w. beobachten und auswerten. Auch Ackerbau und Bodennutzung können über diesen Index überwacht werden, ebenso wie die Folgen von Hochwassern und Dürreperioden. Als Schülerarbeit ist schon eine Bearbeitung der von ISIS kostenlos zu Verfügung stehenden Quicklooks sehr effektiv. Abbildung 6.3.1 zeigt den Vegetationsindex Europas. Das dicht begrünte Mitteleuropa und Großbritannien hebt sich von den trockene Steppen Afrikas und der vereisten Flächen Skandinaviens.

b) Die Analyse von Landsat Infrarotaufnahmen

Eine Normalfarbenaufnahme (Skylab-Aufnahme) bei guten Wetterbedingungen läßt verschiedene Merkmale einer Region erkennen. Stauseen, Gletscher und Berge können mit Hilfe einer topographischen Karte identifiziert werden. Detailerkennung und Bildanalyse wird jedoch durch Dunst- und Wolkenschichten erschwert bzw. unmöglich. Bei allen aus großen Höhen aufgenommenen Fotografien entsteht, trotz Filter, ein Blaustich durch den die natürlichen Farbtöne weitgehend verfälscht werden.

Im Gegensatz zu fotografischen Aufnahmen liefern Landsat-Satelliten Abtastbilder der Erdoberfläche. Der Informationsgehalt solcher Bilder beruht auf der Reflexion von Sonnenlicht durch die Erdoberfläche. Die Multispektralscanner registrieren auch für das menschliche Auge nicht wahrnehmbare Strahlung im Infrarotbereich um 0,8 bis 1,0 µm. Üblicherweise werden Landsataufnahmen in einer Farbmischung reproduziert, die dem Falschfarbenfilm bzw. dem Farb-Infrarotfilm entspricht. Die dadurch erzielte Rotfärbung demonstriert eine typisch physikalische Eigenschaft der Vegetation. Frische Vegetation hat ihr Reflexionsmaximum nicht im Sichtbaren – sondern im nahen Infrarot. In den vielfältigen Schattierungen des Rots spiegelt sich der Zustand der natürlichen und landwirtschaftlichen Vegetation wieder.

Farbton Original Landsatbild	Vegetation
Helles Rot	Felder / Dauergrünland
Mittleres Rot	Laubwald
Dunkles Rot	Nadelwald
Blau / blaugrau	Bebaute / Vegetationslose Flächen
Dunkel / fast schwarz	Wasserflächen und Flußläufe
Hellblau	Getrübtes Wasser (Schwebstoffe / Verschmutzung / Vegetation)

Mit Hilfe dieser Tabelle ist es möglich, Städtewachstum, Vegetationsrückgang oder -zerstörung, Gletscherabschmelzung uvm. zu beobachten.

Abb. 6.3.2: Die Insel Borneo vor den Waldbränden

Die folgenden Bilder zeigen Brandschäden auf der Insel Borneo von Juni bis September 1997. Wie oben beschrieben ist die zerstörte Vegetation grün und die noch vorhandene Vegetation rot.

Abb. 6.3.3: Die Insel Borneo nach den Waldbränden

Satellitenaufnahmen der Insel Borneo vom 06.06.1997 und vom 08.09.1997. Der Rückgang der Vegetation (aus rot wird grün) ist nicht zu übersehen.

Abb. 6.3.4: Landsat-Aufnahmen der Niederlande

Das obige Beispiel zeigt beispielhaft wie Umweltkatastrophen mittels Satellitenaufnahmen im Internet weltweit von Allen beobachtet werden können. Von Allen? Besser hätten wir geschrieben: Von Allen, die solche Landaufnahmen bezahlen können! Wir konnten die obigen aktuellen Aufnahmen nicht bezahlen. Wir entnahmen sie dritter Hand aus der Hörzu Nr. 49 vom 28.11.97.

Umweltschutz ist eine Sache, die die ganze Menschheit angeht. Aus diesem Grund sollten aktuelle Satellitenbilder sowie die zum Vergleich notwendigen älteren Aufnahmen, die dem Umweltschutz dienen, kostenlos im Internet verbreitet werden. Wie so etwas aussehen könnte, wollen wir an dem Beispiel der Niederlande zeigen. Für die Niederlande liegt unter http://www.dhp.nl/nl/SatellietFoto/ eine vollständige Falschfarbenaufnahme vor. Jeder Punkt der Karte kann um den Faktor 25 herangezoomt werden. So sind Details bis zu einer Größe von 5 m erkennbar.

Obwohl diese Daten von hoher Qualität sind, nützen sie uns noch nicht sehr viel: Um Umweltschäden erkennen zu können, benötigen wir sowohl die aktuellen Daten, als auch ältere Bilder zum Vergleich. Leider kosten nicht nur die aktuellen Aufnahmen, sondern auch die für den Vergleich benötigten Archiv-Daten viel Geld.

Während eine Umweltkontrolle im Bereich der Luft und des Wassers - wie in den Beispielen zu Ozon und El Niño gesehen - bereits gut möglich ist, werden die wesentlich interessanteren Satellitendaten vom Land von den Satellitenbetreibern und anderen Firmen vermarktet.

Umweltschutz der Landflächen durch Schülerinnen und Schüler scheitert also weder an fehlenden Daten noch an den technischen Möglichkeiten, sondern letztlich nur am Geld. Dies verstößt nach unserer Meinung eindeutig gegen das sehr sinnvolle Umweltinformationsgesetz. Die interessanteste und wichtigste Umweltbeobachtungsmöglichkeit "Satellitenaufnahmen der Landoberflächen" bleibt der Jugend auf dem Raumschiff Erde verwehrt.

Daher setzen wir uns auch im Rahmen unserer Jugend forscht - Arbeit für einen freizügigeren Umgang mit den Daten, bzw. für eine Unterstützung seitens der Bundesregierung ein. Leider warten wir immer noch auf eine Antwort auf unsere Bemühungen.

7. ISIS

Als Beispiel für die Datenbeschaffung sei hier als Beispiel noch das Informationssystem ISIS des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) genannt, vorausgesetzt man ist bereit die anfallenden Kosten zu tragen. ISIS ist eine riesige Datenbank, die die Bilder vieler Fernerkundungssatelliten archiviert und zum Abruf bereitstellt. Der Zugriff erfolgt über schriftliche Anfrage beim DLR, dessen Bulletin-Board-System (Direkte DFÜ-Verbindung zur BBS-Mailbox) oder seit Neuem über das Internet (http://isis.dfd.dlr.de/mainD.html). An diese Schnittstellen können Anfragen gerichtet werden und man kann sich bei den elektronischen Schnittstellen bereits die sogenannten Quicklooks für die gewünschten Daten ansehen. Diese Quicklooks zeigen die Bilder stark verkleinert und sind frei verfügbar. Hat man nun den Bildausschnitt, den Satellitentyp, das Datum und die Auflösung gewählt, wird die Bestellung aufgegeben. Die Daten erhält man dann wahlweise als Ausdruck oder auf Exabyte-Datenträger zugesandt oder aber direkt per Download.

Leider verlangt das DLR für die Daten abhängig von Format, Auflösung und Aktualität nicht unbeträchtliche Preise, die für uns nicht bezahlbar sind.

Neben ISIS existieren z.B. Geospace (http://www.geospace.de/index.htm) und noch einige andere Anbieter, die sich aber nur wenig von den erwähnten unterscheiden.

8. Die ersten Schritte zur Verwirklichung des Umweltinformationsgesetzes

Die ZDF Logo Redaktion machte im November 1997 eine Sendung zum Thema "Klimagipfel in Kyoto" und filmte eine kurze Reportage über das Energiesparprojekt am St. Michael Gymnasium zu Bad Münstereifel (siehe: unsere Jugend Forscht Arbeit von 1996) als konkretes Beispiel für von Schülern mit einfachen Mitteln geleisteten aktiven Umweltschutz. Unser Energiesparteam wurde zu einer Gesprächsrunde mit der Bundesumweltministerin Frau Dr. Angela Merkel eingeladen. Dieses Gespräch bot uns die Möglichkeit, unsere neue Projektidee vorzustellen, und um Hilfe und Unterstützung bei unseren Verwirklichungsproblemen zu bitten. Das Bundesministerium für Umwelt könnte unserem Projekt mit seiner Hilfe zum Erfolg verhelfen. Wir, und alle an einer Projektbeteiligung interessierten Schulen und Personen benötigen aktuelle und hochauflösende Satellitenaufnahmen. Der Erwerb dieser Aufnahmen ist sehr kostspielig und somit ungeeignet für die schulische Nutzung. Über das Internet stehen im Moment nur Quicklooks kostenlos zur Verfügung, die für das Projekt nur unzulänglich verwendbar sind. Angeregt durch das Umweltinformationsgesetz vom 16.07.1994 (siehe Kapitel 3) baten wir Frau Dr. Angela Merkel um ihre Unterstützung unseres Projektes, und insbesondere um ihre Hilfe bei der Beschaffung von Daten, wie sie beispielsweise das Informationssystem ISIS des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt zur Verfügung stellen könnte. Bis jetzt haben wir leider noch keine Antwort auf unser Schreiben erhalten, hoffen jedoch, der Realisierung unserer Idee durch eine positive Antwort einen Schritt näher zu kommen.

Abb. 8.1: Fotos aus der Sendung „logo“ zum Weltklimagipfel in Kyoto übertragen im Kinderkanal im Dezember 1997

9. Literaturverzeichnis

	"Erderkundung leichtgemacht" Anna Bludau Hary, Matthias Bachmann und Wolfgang Steinborn Klett Verlag ISBN 3-623-00843-5
	"ISIS - Fernerkundung für jedermann" Lotz-Iwen/Göbel/Markwitz Wichmann Verlag ISBN 3-87907-286-8
	Diercke Weltraumbild - Atlas Westermann -Verlag ISBN 3-14-100550-8