Wo und wann Oberflächenwasser auf der Erde vorkommt, ist lebenswichtig für alles Leben. Aber das Wasser ist ständig im Fluss. Seen, Flüsse und Feuchtgebiete erholen sich von Natur aus; Menschen leiten Wasser für den Eigenbedarf um und stauen es in Stauseen. Jetzt haben Forscher Millionen hochauflösender Satellitenbilder kartografiert, um die Geschichte des Oberflächenwassers der Erde seit drei Jahrzehnten zu dokumentieren - und dabei den dramatischen Einfluss der Menschheit sowie die natürliche Variabilität der Wassermuster aufzudecken.
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Der Agraringenieur Jean-Francois Pekel und seine Kollegen haben eine Art virtuelle Zeitmaschine geschaffen, die die Veränderungen im Oberflächenwasser in der Vergangenheit aufzeigt und eine Grundlage für die Darstellung der sich verändernden Zukunft unserer Wasserwelt bietet. Um dieses Kunststück zu erreichen, verwendeten Pekel und seine Kollegen mehr als 3 Millionen LANDSAT-Bilder von Seen, Feuchtgebieten und Flüssen der Erde, die zwischen 1984 und 2015 aufgenommen wurden. Sie quantifizierten die Veränderungen des globalen Wassersystems über diesen Zeitraum von Monat zu Monat. Anschließend analysierten sie diesen wahren Ozean von Satellitendaten mit der Cloud-Computing-Plattform Google Earth Engine.
Das Ergebnis ist ebenso beeindruckend wie wissenschaftlich wertvoll. "[Dies] ermöglicht es uns, in der Zeit zurückzureisen und genaue Messungen unserer sich ändernden Umgebung vorzunehmen", sagt Pekel von der Gemeinsamen Forschungsstelle der Europäischen Kommission in Ispra, Italien. „Das Messen der Vergangenheit trägt dazu bei, die langfristigen Konsequenzen unserer früheren wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Entscheidungen zu verstehen und in Zukunft fundiertere Managemententscheidungen zu treffen.“ Er fügt hinzu: „Das alte Sprichwort lautet:„ Man kann nicht managen was du nicht messen kannst. “
Karte der Verteilung und Veränderung des Oberflächenwassers über 32 Jahre aus über 3 Millionen Landsat-Satellitenbildern. Diese Karte zeigt den Fluss Ob (Река Обь) in Westsibirien, Russland, und erfasst die räumlichen und zeitlichen Muster im Oberflächenwasser. Dunkelblaue Farben sind Gebiete mit permanentem Wasser und hellblaue sind Gebiete mit saisonalem Wasser. Grüne Farben repräsentieren neue Bereiche des saisonalen Wassers und rosa Farben repräsentieren Bereiche des verlorenen saisonalen Wassers. (Europäische Kommission - Gemeinsame Forschungsstelle, 2016) Aus den Bildern geht hervor, dass seit 1984 permanentes Oberflächenwasser auf einer Fläche von fast 90.000 Quadratkilometern, die sich hauptsächlich über den Nahen Osten und Zentralasien erstreckt, verschwunden ist. Über 70 Prozent des gesamten Wasserverlusts ereigneten sich in fünf angrenzenden Ländern: Irak, Iran, Afghanistan, Usbekistan und Kasachstan. Dürre ist zum Teil schuld, aber auch menschliche Aktivitäten wie unregulierte Flussentnahmen und -umleitungen, Dämme und das anschließende Schrumpfen des südlichen Aralsees, so die Autoren.
Es hat sich jedoch mehr als das Doppelte der Fläche an permanentem Oberflächenwasser gebildet, und alle Kontinente außer Ozeanien weisen vor allem aufgrund der Befüllung der Stauseen ein solches Wachstum auf. (Ozeanien weist einen sehr geringen Verlust auf.) Das ist überraschend, da Studien zeigen, dass Menschen Süßwasser insgesamt schneller ablassen, als wir dachten.
Eine der auffälligsten Schlussfolgerungen aus den Daten ist, dass Änderungen lokalisiert sind. Bei einer Auflösung von 30 Metern konnten mit diesen detaillierten Bildern Millionen von Seen mit einer Größe von jeweils weniger als 1 Quadratkilometer gesehen werden, die zusammen jedoch bis zu 40 Prozent der gesamten Binnenwasserfläche der Erde ausmachen können.
Einige Länder sind wasserreich: Nordamerika besitzt etwas mehr als die Hälfte des permanenten Oberflächenwassers der Erde, beherbergt jedoch weniger als 5 Prozent seiner Bevölkerung. Asien, in dem 60 Prozent der Menschen leben, hat nur 9 Prozent des permanenten Wassers der Erde - obwohl sein Oberflächenwasser in diesem Zeitraum um 23 Prozent gewachsen ist, was hauptsächlich auf einen Boom beim Bau von Stauseen zurückzuführen ist. Afrika und Lateinamerika haben jeweils etwa 9 Prozent des permanenten Wassers der Erde, aber das Wasser Afrikas wird von doppelt so vielen Menschen geteilt: 16 Prozent der Weltgesamtmenge gegenüber 8, 6 Prozent.
Karte der Verteilung und Veränderung des Oberflächenwassers über 32 Jahre aus über 3 Millionen Landsat-Satellitenbildern. Diese Karte zeigt einen Einlass im Süden der Bird's Head-Halbinsel in West-Papua, Indonesien, und erfasst die räumlichen und zeitlichen Muster im Oberflächenwasser. Dunkelblaue Farben sind Bereiche mit permanentem Wasser, und die rosafarbenen Farben zeigen Bereiche an, in denen Wasser weniger häufig vorkommt. (Europäische Kommission, Gemeinsame Forschungsstelle, 2016) In jeder Region gibt es auch einen fairen Anteil an Gewinnern und Verlierern von Wasser. "Betrachtet man zum Beispiel die Vereinigten Staaten von Amerika, so ist das permanente Oberflächenwasser des Landes relativ stabil - die Gesamtfläche ist seit 1984 um 0, 5 Prozent gestiegen", sagt Pekel. "Aber im gleichen Zeitraum haben sechs westliche Bundesstaaten (Arizona, Kalifornien, Idaho, Nevada, Oregon, Utah) 33 Prozent ihrer ständigen Wasseroberflächen verloren, weil Dürre und anhaltender Wasserbedarf miteinander einhergingen." Genauere Betrachtung der globalen Wasserknappheit.)
Dai Yamazaki, ein hydrodynamischer Ingenieur bei der japanischen Agentur für marine Erdwissenschaften und -technologie, nennt die neue Bildersammlung das bisher beste Verständnis für das sich verändernde Oberflächenwasser der Erde. Oberflächenwasser "ist im Allgemeinen die am besten zugängliche Wasserressource für Menschen in vielen Teilen der Welt, und auch für viele Tiere und Pflanzen ist leicht zugängliches Wasser lebenswichtig", stellt Yamazaki fest, der nicht an dem Projekt beteiligt war Forschung. "Darüber hinaus könnte das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Oberflächenwasser ein Indikator für Hochwasser- und Dürreereignisse sein. Daher ist diese beobachtungsbasierte Analyse der globalen Dynamik von Oberflächengewässern sehr wichtig."
Die wesentlichen Veränderungen des Oberflächenwassers, die direkt durch menschliche Eingriffe hervorgerufen werden, lassen sich normalerweise leichter aus dem Weltraum ausmachen als aufgrund von Klimaschwankungen. Pekel zitiert die Wiederherstellung der türkmenistischen Lagune Garabogazköl Aylagy nach dem Bruch eines Staudamms zwischen der Lagune und dem Kaspischen Meer im Jahr 1992. Die Aralseekrise, die hauptsächlich durch die Umleitung der Flüsse verursacht wurde, die das Meer speisten, ist auch vom Weltraum aus offensichtlich.
Die Auswirkungen des Klimawandels sind schwieriger zu beobachten, da sie mit so vielen anderen Faktoren wie der Veränderung des menschlichen Wasserverbrauchs zusammenhängen. Einige sind jedoch leicht zu erkennen, wie die Dürre, von der Australien von 2001 bis 2009 betroffen war.
Hervorzuheben sind auch die wässrigen Veränderungen auf dem Dach der Welt. "An einigen Orten, wie auf dem tibetischen Plateau, wo die direkten menschlichen Auswirkungen begrenzt sind, kann ein Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung und dem Klima eindeutig festgestellt werden und wird tatsächlich durch andere Studien bestätigt", sagt Pekel.
Karte der Verteilung und Veränderung des Oberflächenwassers über 32 Jahre aus über 3 Millionen Landsat-Satellitenbildern. Diese Karte zeigt die oberen Abschnitte des Jenissei (Река Енисей) in Russland und erfasst die räumlichen und zeitlichen Muster im Oberflächenwasser. Dunkelblaue Farben sind Bereiche mit permanentem Wasser, und die rosafarbenen Farben zeigen Bereiche an, in denen Wasser weniger häufig vorkommt. (Europäische Kommission, Gemeinsame Forschungsstelle, 2016) Die Ausdehnung der Seen auf dem tibetischen Plateau sei auf eine beschleunigte Schnee- und Gletscherschmelze zurückzuführen, die durch steigende Temperaturen und vermehrte Niederschläge verursacht worden sei. „Was an der tibetischen Hochebene beeindruckt, ist sowohl die Geschwindigkeit als auch das Ausmaß der beobachteten Veränderungen bei der Ausdehnung des Sees. Es ist eine ziemlich klare Botschaft, dass sich die Dinge am dritten Pol schnell ändern “, fügt er hinzu.
„Der Klimawandel ist ein globales Phänomen, aber die Menschen müssen daran interessiert sein, wie er sich auf ihr normales Leben auswirkt“, fügt Yamazaki hinzu. „Diese Arbeit wird auf globaler Ebene durchgeführt, verfügt jedoch über eine ausreichende räumliche Auflösung, um lokale Veränderungen zu erkennen. Dies ist meiner Meinung nach der Grund, warum viele Leute diese Arbeit für großartig halten. “
Pekel und seine Kollegen erstellten Karten, die den zeitlichen Verlauf von permanentem und saisonalem Wasser, Gewinne und Verluste, die Konsistenz der saisonalen Wasserkreisläufe und vieles mehr veranschaulichen. All dies wurde im Global Surface Water Explorer frei verfügbar gemacht. Letztendlich sind die Enthüllungen, die durch diese spektakulären Bilder und die dahinter liegenden Datensätze geliefert werden, ein wertvolles Instrument, um zukünftige Management- und Richtlinienänderungen mitzuteilen.
