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Von Ozeanen und Flüssen bis hin zu Seen und Feuchtgebieten sind 71 Prozent der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt. Neben diesem Oberflächenwasser halten Eis und Schnee Wasser in Form von Gletschern, Eiskappen, Schneedecken und Permafrost. Der Boden enthält Feuchtigkeit, und auch die Vegetation speichert Wasser. All das ist gemeint, wenn von terrestrischer Wasserspeicherung (TWS) gesprochen wird, also die Summe der gesamten Wasserspeicher auf der Erde.
Die Überwachung von Veränderungen des TWS kann die Auswirkungen des Klimawandels auf unseren Planeten aufzeigen. Denn der Klimawandel führt zu steigenden Lufttemperaturen, was sich auch auf die Niederschlagsmengen auswirkt. Dazu gehören eine andere jahreszeitliche Verteilung der Niederschläge und Veränderungen in deren Intensität. Und diese Veränderungen haben Einfluss auf den gesamten Wasserhaushalt unseres Planeten, also unter anderem auch auf die Verdunstung, die Grundwasserneubildung und den Oberflächenabfluss.
In Deutschlands Wasserspeichern zeigen sich die Folgen des Klimawandels bereits deutlich. Das terrestrisch gespeicherte Wasser hat hier in den letzten 20 Jahren signifikant abgenommen. In absoluten Zahlen gehört Deutschland sogar zu den Regionen mit dem höchsten Wasserverlust weltweit. Seit der Jahrtausendwende verliert das Land 2,5 Gigatonnen Wasser pro Jahr. Für die 20 Jahre zusammengenommen entspricht diese Menge dem Wasser des Bodensees. Es handelt sich also um eine enorme Menge an Wasser. Woher aber wissen wir das? Die Daten liefert die Satellitenmission GRACE.
Überschwemmungen und Dürren nehmen zu, während der Grundwasserspiegel sinkt
In den 1990er-Jahren wurden durchschnittlich 86 Flutkatastrophen pro Jahr verzeichnet. Bis 2023 war diese Zahl auf 170 angestiegen. Im Jahr 2023 waren außerdem 32 Millionen Menschen von Überschwemmungen und 29,4 Millionen Menschen von Dürren betroffen.
Gleichzeitig sinken die Grundwasserspiegel. Grundwasser ist das Wasser unter der Erdoberfläche in den Rissen zwischen Boden, Sand und Gestein. Es ist eine Süßwasserquelle für über zwei Milliarden Menschen weltweit; ein Mangel daran gefährdet die globalen Ökosysteme sowie die Nahrungs- und Wasserquellen.
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Der GRACE-Satellit misst die Wasserspeicher der Erde
In Zusammenarbeit mit JPL/NASA hat das Deutsche GeoForschungsZentrum (GFZ) Satelliten zur Überwachung des TWS gestartet. Die erste Mission, GRACE, lief von 2002 bis 2016. Die Folgemission ist derzeit im Gange. Und das GFZ-Team bereitet bereits den Start der dritten Mission im Jahr 2028 vor.
Die Missionen nutzen zwei Satelliten, die die Erde umkreisen und räumliche Veränderungen in ihrem Gravitationsfeld messen. Aus diesen Daten erstellt das GFZ monatliche Karten, die Veränderungen im globalen Wasserkreislauf anzeigen. Die Karten und Daten stehen Forschenden weltweit über ihr Online-Portal kostenlos zur Verfügung.
Messungen mit Satelliten haben Vorteile
Die Messung der Bodenfeuchte in Bodennähe zeigt nur die Auswirkungen von Dürren und Überschwemmungen auf die oberflächennahen Bodenschichten an. Da der GRACE-Satellit tiefere Bodenschichten und das Grundwasser misst, kann er überwachen, wie sich Überschwemmungen und Dürren langfristig auf den Wasserstand auswirken.
Satelliten und Drohnen – Wertvolle Helfer im Umwelt- und Klimaschutz
Welchen Beitrag leisten Satelliten und Drohen zu einer nachhaltigen Entwicklung? Hilft uns der Blick von oben, unsere Erde besser zu schützen? In diesem Dossier stellen wir innovative Projekte vor, diskutieren negative Effekte und suchen Lösungen für eine nachhaltigere Raumfahrt.
Die Überwachung des Grundwassers durch Beobachtung ist ein kostspieliger und zeitaufwendiger Prozess. Die Daten der GRACE-Satelliten erleichtern die Arbeit enorm, da Wissenschaftler:innen mit ihren Daten den Grundwasserspiegel einfach berechnen können. Dazu ziehen sie von dem gesamten gemessenen TWS alle anderen Wasserspeicher außer dem Grundwasser ab.
Da Überschwemmungen und Dürren zunehmen und der Grundwasserspiegel sinkt, ist die Beobachtung der terrestrischen Wasserspeicherung besonders wichtig. Dank seiner Open-Source-Daten ist der GRACE-Satellit ein Puzzleteil, das Forschenden dabei hilft, die Risiken von Klimakatastrophen auf unserem Planeten zu verstehen – und hoffentlich zu raschen und wirksam Maßnahmen gegen den Klimawandel seitens der Regierungen weltweit führt.
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