CryoSat: Neuer Blick auf den Planeten Erde

CryoSat wird getestet

CryoSat soll Licht in einen langen Wissenschaftsstreit bringen: Wie tauen die Polkappen der Erde ab, wo nehmen sie zu oder bleiben sie – abgesehen von jahreszeitlichen Veränderungen – konstant? Die exakte Beantwortung dieser Frage ist von eminenter Bedeutung, denn das Eis an den Polen spielt für das globale Erdklima eine zentrale Rolle und gleichzeitig sind die Polargebiete am stärksten vom Klimawandel betroffen.

Die schwer zugänglichen Eisschilde der Antarktis und Grönlands sowie das Meereis der Arktis und Antarktis haben entscheidenden Einfluss auf das Klima der Erde sowie auf Meeresströmungen und den Meeresspiegel. Klimaveränderungen lassen sich daher an Änderungen der Ausdehnung eisbedeckter Flächen sowie der Dicke der Eismassen frühzeitig erkennen, noch bevor Klimaänderungen in Europa oder in noch niedrigeren geographischen Breiten einzutreten beginnen.

CryoSat schließt europäische Beobachtungslücke

Die bereits im Orbit befindlichen Umweltsatelliten der ESA, wie ERS und ENVISAT, erkunden zwar die Kryosphäre – die von Eis bedeckte Oberfläche des blauen Planeten – können aber aufgrund ihrer Umlaufbahn und Bahnneigung die entscheidenden Gebiete nördlich des 82. Breitengrades leider nicht vollständig abdecken. Diese Lücke im weltweiten Beobachtungsnetz der Europäischen Weltraumorganisation soll nun CryoSat schließen. Mehr noch: Mit CryoSat wird es erstmals möglich, Veränderungen der Eisdicke der polaren Eisschilde und des Meereises hochgenau, flächendeckend, systematisch und über einen langen Zeitraum bis in hohe Breiten zu beobachten.

Der Eisforschungssatellit wird hierzu die Erde in 720 Kilometer Höhe auf einer polaren Bahn mindestens drei Jahre umkreisen. Wichtigstes Instrument an Bord von CryoSat ist deshalb der Radarhöhenmesser SIRAL (Synthetic Aperture Interferometric Radar Altimeter). Das aus zwei Antennen bestehende Gerät ist ein hochauflösendes Radar, das kurze Pulse aussendet und deren Laufzeit zwischen Satellit und Boden und zurück misst. Auf diese Weise kann SIRAL die Dicke des Meereises und der Landeismassen so präzise erfassen, dass sogar Höhenunterschiede von ein bis drei Zentimetern deutlich werden. Dank Radar kann CryoSats Schlüsselinstrument zu jeder Tages- und Jahreszeit Daten liefern, rund um die Uhr. Weder Wolken noch ungünstige Lichtverhältnisse stören das Instrument.

Meereis: Keine verlässlichen Aussagen

Meereis

Meereis ist eine bis zu mehreren Metern dicke Schicht gefrorenen Wassers, die den Arktischen Ozean sowie das Gebiet rund um den antarktischen Kontinent bedeckt. Meldungen, die von einem „Abschmelzen der Eismassen der Erde“ sprechen und eine Klimakatastrophe heraufbeschwören, tauchen zwar immer wieder auf. Doch derartige Szenarien, die undifferenziert Land- und Meereis in einen Topf werfen, werden von den Wissenschaftlern zu Recht angezweifelt.

Es gibt bislang unzureichende direkte Beobachtungen von Veränderungen der Eismassen. Aufgrund der gewaltigen Größe von Arktis und Antarktis lassen sich gesicherte flächendeckende Beobachtungen der Eiskörper ausschließlich von Satelliten aus durchführen. Diese konnten aber bislang nur die – jahreszeitlich bedingten – Veränderungen der Ausdehnung des Eises, nicht aber seine Dicke und deren Veränderungen und letztlich sein Volumen bestimmen.

Da es immer wärmere und kältere Jahre gibt, lassen sich Klimaveränderungen nur über sehr lange Zeiträume feststellen. Will man also gesicherte Tendenzen erkennen, werden Messreihen über mehrere Jahre, wenn nicht gar Jahrzehnte benötigt. CryoSat wird hier erstmals eine gesicherte Datenbasis für globale Messreihen liefern, mit denen fundierte Trendaussagen möglich sind.

Die bisherigen Wahrnehmungen hinsichtlich der Ausdehnung des Meereises an den Polen, die auf lokale Einzelmessungen beruhen und von Wissenschaftlern hochgerechnet wurden, sind widersprüchlich. Bessere Aussagen liefern Satelliten. Nach ihren Messungen hat die flächenmäßige Ausdehnung des Meereises am Ende des Winters in der Arktis innerhalb von 30 Jahren um insgesamt neun Prozent abgenommen. Demgegenüber haben sich die Meereis-Bedeckung in der Antarktis im gleichen Zeitraum fast nicht verändert (es gibt allerdings eine Indikation für eine leichte Zunahme).. Beide Feststellungen können jedoch nicht einfach auf die Parameter Eismächtigkeit und Eisvolumen übertragen werden. Hierzu wird CryoSat erstmals eindeutiges Datenmaterial liefern.

Die räumliche und zeitliche Verteilung und Veränderung der Eisdicke des Meereises ist jedoch eine der wichtigsten Größen zur Beschreibung der Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre in den eisbedeckten Gebieten. Sie stellt deshalb auch einen wesentlichen Parameter zur Überprüfung von Meereis- und Klimamodellen dar. Weitere wissenschaftliche Fragestellungen im Focus von CryoSat sind:

  • Wie stark reflektieren Eis und Schnee das Sonnenlicht?
  • Wie isoliert die Meereisdecke das darunter liegende Meerwasser?
  • Welchen Einfluss haben die abgetauten Eismassen auf die Meeresströmungen?
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