Heute Abend stehen sich Deutschland und Frankreich als Gegner bei der Fußballweltmeisterschaft gegenüber. Aber für alle diejenigen, die sich mehr für Wissenschaft als für Fußball interessieren, habe ich eine schöne Geschichte vorbereitet bei der die beiden Länder gemeinsam an einem Ziel arbeiten und nicht probieren, sich gegenseitig zu besiegen. Es geht um eine Weltraummission mit einer wichtigen Aufgabe: Die Bestimmung der Methan-Konzentration auf der Erde.

Teilweise aufgetauter Permafrostboden (Bild:  Hopson Road, CC-BY-SA 3.0)

Teilweise aufgetauter Permafrostboden (Bild: Hopson Road, CC-BY-SA 3.0)

Methan ist nach Kohlendioxid eines der wirksamsten Treibhausgase und liefert einen großen Beitrag zum menschengemachten Klimawandel auf der Erde. Wir sollten also möglichst genau Bescheid wissen, wie viel Methan in der Atmosphäre zu finden ist und vor allem wo es auftritt und wo es wieder verschwindet. Methan ist zum Beispiel in den Permafrostböden gebunden, die dank der steigenden Temperaturen nun langsam auftauen und das Treibhausgas in die Atmosphäre entlassen, was den Klimawandel und die Temperaturerhöhung nur noch verstärkt. Methan findet man auch in den gefrorenen Methanhydraten im Ozean und auch die tauen langsam auf (was durchaus dramatische Folgen haben kann!) Und der größte Teil (knapp 70 Prozent) des weltweiten Methan-Ausstoßes wird direkt vom Menschen verursacht, zum Beispiel durch Land- und Viehwirtschaft (die berüchtigten furzenden Kühe!), die Verbrennung von Biomasse, beim Bergbau oder auf Mülldeponien. Man weiß allerdings bisher noch nicht so genau, welche Aktivitäten wie viel Methan erzeugen; man weiß nicht, wo das meiste Methan in die Atmosphäre entlassen wird und ob bzw. wo es vielleicht auch wieder irgendwo gebunden und der Atmosphäre entzogen wird. Man versteht das Verhalten des Methans noch nicht so gut, wie man es gerne verstehen würde: zum Beispiel stieg die Konzentration des Gases zwischen 2007 und 2008 stark an, obwohl sie vorher lange Jahre relativ konstant blieb und bis heute weiß man nicht, was genau zu diesem Anstieg geführt hat. Ein besseres Verständnis können nur bessere Messungen bringen.

Bisher hat man viele Methanmessungen vor Ort durchgeführt, was zwar genau Ergebnisse liefert, die aber nur lokal nützlich sind. Wenn man zum Beispiel herausfinden will, ob irgendwo eine Erdgasleitung undicht ist, dann funktioniert das mit Vor-Ort-Messungen recht gut. Aber über den Klimawandel lernt man daraus nicht viel, denn dazu braucht man globale Daten. Dazu muss man die Erde vom All aus beobachten und das ist bisher mit verschiedenen Umweltsatelliten wie zum Beispiel ENVISAT gemacht worden. Aber die dabei verwendete Technik ist passiv, das heißt man “nur” das Sonnenlicht beobachtet, das von der Erde reflektiert worden ist. Wenn dieses Licht die Atmosphäre durchquert, wird ein Teil davon absorbiert und welcher Teil das ist hängt davon ab, welche chemischen Elemente in der Atmosphäre zu finden sind. Mit der gleichen Technik (“Spektroskopie”) bestimmen Astronomen auch die chemische Zusammensetzung ferner Sterne. Aber die Sterne leuchten von selbst, die Erde nicht. Wenn es also auf der Erde Nacht ist oder Wolken den Blick auf den Boden verstellen, dann können die passiven Instrumente der Umweltsatelliten nur schlechte oder gar keine Daten über die Methanemissionen sammeln.

Die deutsch-französische Satellitenmission MERLIN will das ändern. “MERLIN” steht für “Methane Remote Sensing LIDAR Mission” und wird ein aktives Instrument an Bord haben. Aus einer Höhe von 500 Kilometern wird MERLIN Laserstrahlen zur Erde schicken. Beim Laserlicht kann man die Wellenlänge genau kontrollieren und sich daher auch genau die Wellenlänge aussuchen, die absorbiert wird, wenn der Strahl Methankonzentrationen durchquert. In der Praxis wird man zwei Laserstrahlen zur Erde schicken, von denen einer genau die Wellenlänge hat, die bei Anwesenheit von Methan absorbiert wird während der andere vom Methan nicht beeinflusst wird. Die Laserimpulse werden von der Erde zurück zum Satelliten reflektiert und dort können die Instrumente die Intensität der beiden zurückgeworfenen Strahlen vergleichen und daraus ziemlich genau die Methankonzentration bestimmen. Und da man nicht auf das Licht der Sonne angewiesen ist, klappt das auch bei Nacht und sogar durch dünne Wolkenschichten hindurch.

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Kommentare (14)

  1. #1 Matthias Wolf
    Wien
    4. Juli 2014

    Wenn ich eine kleine Anmerkung anbringen dürfte zum Wort ›stärker‹, nur um Missverständnissen vorzubeugen: Methan ist als Treibhausgas wesentlich wirksamer als CO2 (25x), allerdings ist die Konzentration viel geringer (200x), sodass unterm Strich ein kleinerer Effekt entsteht.

  2. #2 Florian Freistetter
    4. Juli 2014

    @Matthias Wolf: Danke, ich hab das ausgebessert, damit keine Missverständnisse entstehen.

  3. #3 Wizzy
    4. Juli 2014

    …und um noch genauer zu sein, ist dieser Faktor 28 (meine Quelle) bzw. 32 (engl. Wikipedia) auf 100 Jahre hochgerechnet, vgl. z.B.: Myhre, G. et al.: Anthropogenic and Natural Radiative Forcing. (2013) S. 731
    Der Treibhausfaktor von Methan “at a given time” ist meines Erachtens über den Daumen gepeilt 280, da die Lebenszeit 9,6 Jahre beträgt (ist aber natürlich keine Stufenfunktion). Nach dieser Schätzung wäre Methan aber dann fast gleich treibhauswirksam wie CO2, während IPCC (aus meiner Erinnerung heraus, grob) 25% angibt. Kann diese Thematik jemand aufklären?

  4. #4 Andreas
    4. Juli 2014

    Wie wird eigentlich bei diesen ganzen Aufbauten mit Lasern sichergestellt, dass keiner getroffen wird?

    Bei den Lasern zur Datenübertragung ist ja nur der Bereich zur Bodenstation überhaupt betroffen, das kann man ja absichern.
    Aber wie ist es bei dem Fall?

    Rein aus Neugier, find es trotzdem spannend :)

  5. #5 Florian Freistetter
    4. Juli 2014

    @Andreas: Ich gehe mal davon aus, dass diese Laser keinen Schaden anrichten können. Ist ja auch ne Entfernung von 500km – da müsste das schon ein SEHR starkes Teil sein, damit jemand geschädigt wird.

  6. #6 Higgs-Teilchen
    4. Juli 2014

    @Florian
    Woher weis man eigentlich ob es sich bei Licht um die Quelle oder um eine Reflektion, z.B. von einem Himmelskörper?

    Lg H.

  7. #7 Florian Freistetter
    4. Juli 2014

    @Higgs-Teilchen: Was genau meinst du? Der Satellit schickt Laserlicht mit einer ganz bestimmten Wellenlänge ZUR Erde und empfängt die Reflektion auch wieder bei genau dieser Wellenlänge. Welcher Himmelskörper soll denn da etwas reflektieren? Ich glaube, ich hab die Frage nicht ganz verstanden…

  8. #8 Higgs-Teilchen
    4. Juli 2014

    @Florian
    Okay, ich meinte das ganz allgemein.
    Bsp.: Jemand zeigr dir zwei unterschiedliche Spektren. Ein Spektrum vom Sonnenlicht und eines vom Mondlicht. Würde man erkennen können welches das direkte Sonnenlicht iat und welches nur die Reflektion? Wenn ja, woran?

  9. #9 Florian Freistetter
    4. Juli 2014

    @Higgs: Wie gesagt: Es geht nicht um ein Spektrum, es geht um monochromatisches Laserlicht, das man auf eine ganz bestimmte Stelle der Erde schickt und wo man auch weiß, von wo es zurück kommt.

  10. #10 Zhar The Mad
    4. Juli 2014

    “das ganz allgemein” @ Higgs

    Reflektion ist nicht absolut, ob und wie stark reflektiert wird hängt vom Material ab, was da reflektiert und der Wellenlänge. Gold sieht golden aus, eben weil es nicht alle Wellenlängen gleich gut reflektiert, sondern hauptsächlich die im gelben bereich. Und darum kann man am Reflexionsspektrum und dem original ziemlich genau erkennen was welches ist und eben sogar was da reflektiert hat! Und das nutzt man bei der mission aus, eine Wellenlänge wird vom methan nicht beeinflusst, so hat man einen neutralen Vergleichswert, und die andere schon, so erkennt man dann das Methan an seinem ‘Lichtverhalten’.

  11. #11 May
    4. Juli 2014

    Sehr gut. Dann wird aus “man was nichts, aber weiß alles” eventuell “man was etwas”. Scherz beiseite…es ist schlimmer als befürchtet!

  12. #12 May
    4. Juli 2014

    Sorry, da lief was schief. Bitte löschen :)

  13. #13 Wizzy
    7. Juli 2014

    Mit weiterem Nachdenken und -schlagen komme ich derzeit tendentiell auf eine “at a given time”-Treibhauswirkung von Methan, die sogar über der von CO2 liegt – vgl. z.B. Faktor 86 für 20 Jahre, was ebenfalls deutlich über der Lebensdauer liegt, und diese gilt für einen Zerfall auf 1/e, wodurch die “now”-Wirkung von Methan noch riesiger sein muss / damit man auf die o.g. Faktoren kommt. Die Nicht-Hobby-Fachwelt wird die Problematik bestimmt besser kennen, allein wo ist dazu etwas dokumentiert? Ich wundere mich sowieso, warum man die Treibhauswirkung auf solche Zeiträume erstreckt angibt, da zwar das individuelle Methanmolekül schnell zerfällt, die Konzentration sinkt deswegen aber noch lange nicht (wegen der Quellen). Habe diese Frage an das NASA Earth Observatory geschickt am Fr morgen, aber noch keine Antwort.

    (Als ich eine andere Frage mal beim NSIDC stellte, waren die unglaublich schnell und präzise mit ihrer Antwort. Ich finde sehr oft die Amis bei Öffentlichkeitsarbeit – gar für private Interessenten international – absolut verblüffend gut.)

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