Eine neue Hoffnung: GEDI liefert 3-D-Wald-Kohlenstoffkarte

Ein neues NASA-Laserinstrument, das im Dezember zur Internationalen Raumstation starten soll, wird Wissenschaftlern helfen, die erste dreidimensionale Karte der gemäßigten und tropischen Wälder der Welt zu erstellen. Die Global Ecosystem Dynamics Investigation, kurz GEDI, soll mit der Falcon 9-Rakete von SpaceX starten. Von der Station aus wird die fortschrittliche Lasertechnologie von GEDI die dreidimensionale Struktur von Waldökosystemen rund um den Globus enthüllen. GEDI spricht von „Jedi“ und schwebt mit 17.150 Meilen pro Stunde sowohl über die dunkle als auch über die helle Seite der Erde. Messungen der Höhe von Laub, Ästen, Bäumen und Sträuchern unterhalb des Weges werden neue Erkenntnisse darüber liefern, wie Wälder Kohlenstoff speichern oder freisetzen.

„Wir möchten verstehen können, was die Rolle der Wälder ist“, sagte Principal Investigator Ralph Dubayah von der University of Maryland, College Park. „Wir wollen wissen, wie viel Kohlenstoff in den Bäumen gespeichert wird, denn wenn wir diese Bäume fällen, ist das eine potenzielle Quelle für Kohlendioxid in der Atmosphäre.“

Die GEDI-Mission soll Forschern helfen, diese Quellen und Speicher von Kohlenstoff zu finden. Wissenschaftler wissen, wie viel Kohlenstoff in die Atmosphäre gelangt, sind sich aber viel weniger sicher, wo und in welchen Mengen Kohlenstoff absorbiert wird, erklärte Laura Duncanson, eine wissenschaftliche Assistentin an der University of Maryland, College Park.

Die Ozeane und Wälder der Erde nehmen den atmosphärischen Kohlenstoff auf, aber Wissenschaftler wollen untersuchen, welche Wälder am meisten aufnehmen oder ob diese Wälder dies im Laufe der Zeit weiterhin tun werden. GEDI wird dazu beitragen, dieses Geheimnis zu lüften, indem es die erste hochdetaillierte Kohlenstoffbestandskarte des Waldes liefert, die detailliert aufzeigt, wo sich die kohlenstoffreichsten Wälder der Erde befinden.

„Um Wälder effektiv zu bewirtschaften, um den Klimawandel zu mildern, müssen wir wissen, wie viel Kohlenstoff sie speichern und wie er räumlich verteilt ist, und das ist es, was uns GEDI geben wird“, sagte Duncanson. „Wir können nicht wissen, wie viel Kohlenstoff durch Entwaldung und Waldschädigung in die Atmosphäre abgegeben wird, bis wir wissen, wie viel bereits dort ist; GEDI wird neue Daten sammeln und diese große, kritische Wissenslücke schließen.“

Der Lidar schlägt zurück.

Das Lidarinstrument von GEDI sendet Laserpulse zur Erde, wo sie in gemäßigten und tropischen Breitengraden Wälder unterhalb der Umlaufbahn der Station durchdringen. Die Laserstrahlen prallen als erstes ab, das kann ein Blatt auf einem dichten Vordach, ein hervorstehender Ast oder der Boden sein, aus dem der Wald hervorgeht. Die Energie, die an das GEDI-Teleskop auf der Internationalen Raumstation zurückgeführt wird, wird eine komplizierte dreidimensionale Karte der Waldüberdachungen liefern.

„Wir können einen kleinen Lichtimpuls aussenden und er reist nach unten, reflektiert von der Oberfläche und kommt zurück“, sagte Bryan Blair, GEDI-Instrumentenwissenschaftler am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland und stellvertretender Hauptprüfer. „Wir können sehen und messen, wie hoch der Baum ist, und wir können tatsächlich sehen, wie dicht das Laub und die Äste sind, wenn wir nach unten gehen.“

Wenn man etwas betrachtet, wie ein Gebäude oder einen Baum, sieht man Licht, das von der Oberfläche reflektiert wird. Das GEDI-Team repliziert diese Funktion mit einem Laser, der ebenfalls aus Licht besteht. GEDI ist jedoch eine sehr spezifische Wellenlänge, die es Wissenschaftlern ermöglicht, jede andere Art von Licht herauszufiltern, erklärte Blair.

„Wir stellen nur unsere eigene Lichtquelle zur Verfügung“, sagte er. „Es reflektiert alle Blätter, dann die Äste und schließlich den Boden.“

Eine umfassende 3D-Karte der Höhe und Struktur des Vordachs hilft den Wissenschaftlern, die Höhe und die Masse der Bäume zu bestimmen. Ein hoher, breiter Baum speichert mehr Kohlenstoff als ein kurzer. Bäume bestehen nach dem Trocknen zu etwa 50 Prozent aus Kohlenstoff, der bei einem Baumabbau und einer Verbrennung in die Atmosphäre abgegeben würde. Alte Wälder sind für die Aufrechterhaltung des Kohlenstoffspeichers in ihren Stämmen unerlässlich, aber junge, schnell wachsende Bäume nehmen im Allgemeinen viel mehr Luftkohlenstoff auf.

„Wir wollen messen, wie viel Kohlenstoff im Wald ist, was damit zusammenhängt, wie hoch die Bäume sind, wie groß sie sind, wie viele Äste es gibt, wie viele Blätter es gibt und wie groß die Wurzeln sind“, sagte Blair.

GEDI überflutet eine dichte Haube mit Laserlichtpulsen, die nach Kontakt mit einem Objekt zurückschlagen. Das Endergebnis ist eine umfassende Sicht auf die Dichte bis zum Boden, erklärte Blair. Die größte Herausforderung ist die ausreichende Laserleistung und Empfindlichkeit, um durch tropische Wälder zu sehen, was GEDI gut kann. Das Instrument kann auch in den dichtesten Wäldern der Welt gut funktionieren, wo weniger als 1 Prozent des Lichts, das nach unten scheint, bis zum Boden reicht.

Zusätzlich zur Waldstruktur wird GEDI Muster verschiedener Umgebungen in tropischen und gemäßigten Wäldern messen. Begrenzte Daten aus Feldparzellen und luft- und raumgestützten Lidars haben den Wissenschaftlern eine Vorstellung davon vermittelt, wie die Lebensraumstruktur an bestimmten Orten variiert, aber die fortschrittliche Technologie von GEDI wird die fehlenden Informationen rund um die Erde ausfüllen, sagte Scott Goetz, stellvertretender Hauptprüfer und Professor an der Northern Arizona University.

„Wir werden in der Lage sein, Modelle der biologischen Vielfalt zu liefern, einschließlich der Muster des Artenreichtums und der spezifischen Lebensraumanforderungen bedrohter und gefährdeter Arten.“ sagte Goetz. „Wenn wir besser in der Lage sind, zu kartografieren, wo diese Lebensräume GEDI-Strukturdaten in Kombination mit anderen Satellitendaten verwenden, wird dies zum Schutz dieser Arten und Wälder mit hoher Biodiversität beitragen.“

GEDI soll seine zweijährige wissenschaftliche Mission an Bord der Station bis Ende 2018 beginnen. Das GEDI Science Team erwartet, dass eingehende Informationen innerhalb von sechs Monaten nach dem Start verarbeitet und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden.

Die 94 Millionen Dollar teure Mission wurde 2014 im Wettbewerb als NASA Earth Venture-Instrument Mission ausgewählt. Unter der Leitung der University of Maryland in Zusammenarbeit mit Goddard hat GEDI die höchste Auflösung und dichteste Probenahme von jedem Lidar, der in die Umlaufbahn gebracht wird.

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