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Erdbeobachtung: NASA misst Salzgehalt der Erdmeere

Erste Aquarius-Karte der Salzverteilung
Erste Aquarius-Karte der Salzverteilung | Diese Karte zeigt die globale Verteilung der Salzkonzentration im Oberflächenwasser der Meere. Es ist die erste Karte aus den Daten des Aquarius-Instruments der NASA. Die Daten stammen aus den ersten zweieinhalb Wochen der Mission zwischen dem 25. August und dem 11. September 2011. Auf der Karte lassen sich viele bereits bekannte Effekte erkennen, wie beispielsweise die Verdünnung des Meerwassers entlang des regnerischen Äquators oder hohe Salzgehalte in Gebieten mit starker Sonneneinstrahlung und Verdunstung. Aquarius soll in Zukunft die dynamischen Veränderungen im Lauf der Jahreszeiten studieren.
Nicht alle Ozeane sind gleich salzig. Bereits kleine Schwankungen der Salzkonzentration haben drastische Auswirkungen auf globale Meeresströmungen und damit auch auf das Weltklima. Im Juni 2011 startete die NASA einen argentischen Satelliten mit einem Instrument zur Vermessung der globale Salzverteilung in den Meeren.

Das Aquarius getaufte Instrument der NASA befindet sich an Bord des Satelliten SAC-D (Satélite de Aplicaciones Científicas) und arbeitet seit dem 25. August. Der Satellit ist in einer sonnensynchronen Erdumlaufbahn: SAC-D überfliegt jeden Punkt der Erdoberfläche immer zur gleichen Ortszeit, so dass die Messungen verschiedener Tage vergleichbar sind. Innerhalb von einer Woche umkreist SAC-D die Erde 103-mal. So kann die NASA die jahreszeitliche Dynamik der Salzmengen in den Weltmeeren verfolgen.

SAC-D-Satellit | Diese künstlerische Darstellung zeigt den Satelliten SAC-D im Orbit der Erde. Links ist das Aquarius-Instrument der NASA zu sehen, das den Salzgehalt der Ozeane misst. Es ist ein Mikrowellen-Radiometer, das die Strahlung registiert, die vom salzigen Wasser ausgeht. Die Struktur der Oberfläche, die durch Wellen verursacht wird, misst parallel ein Scatterometer. So können Rückstreueffekte des rauen Meeres korrigiert werden.
Frischwasser ist leicht und schwimmt an der Oberfläche, Salzwasser dagegen ist schwer und sinkt. Der Salzgehalt trägt daher zu den komplexen globalen Meeresströmungen bei, die empfindlich auf lokale Niederschlagsmengen und Temperaturen reagieren. Salzreiches Wasser kühlt im Nordatlantik ab und sinkt. Eine kalte Tiefenströmung spült es bis zum Pazifik, wo es auftaucht, sich erwärmt und an der Oberfläche zurück in den Atlantik strömt. Derartige Kreisläufe spielen eine bedeutende Rolle für das Weltklima.

Die NASA hat aus den Aquarius-Daten der ersten Wochen nun eine Weltkarte des Oberflächen-Salzgehalts erstellt. Die Karte ist noch mit Messartefakten behaftet und nur ein vorläufiger und niedrig aufgelöster Blick. In den nächsten Monaten will die NASA die Messwerte kalibrieren und die Messgenauigkeit erhöhen. Die Auflösung von Aquarius soll 0,2 Practical Salinity Units (PSU) erreichen – ein PSU entspricht etwa einem Gramm Salz pro Kilogramm Wasser. Meerwasser hat Werte um 35 PSU, wobei einige Regionen 40 PSU und mehr erreichen.

Drei Mikrowellen-Radiometer sind die Hauptinstrumente von Aquarius. Sie arbeiten im Bereich von 1,4 Gigahertz und messen die Strahlung, die vom salzigen Wasser ausgeht. Die drei beobachteten Flecke auf der Meeresoberfläche sind etwa 100 Kilometer groß. Zeitgleich misst ein so genannter Scatterometer die Struktur der Oberfläche, die durch Wellen geformt wird. Durch dieses Radarsystem können Streueffekte des rauen Meeres korrigiert werden.

Salzverteilung, gemessen von SMOS | Der ESA-Satellit SMOS liefert bereits seit dem Jahr 2010 Daten über die Salzverteilung auf der Erde. Diese Karte mit Daten aus dem August 2010 zeigt die Salzkonzentration im Erdboden (Soil Moisture, SM) und in der Meeresoberfläche (Sea Surface Salinity, SSS).
Aquarius ergänzt damit die Daten des Satelliten Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA. SMOS misst die Salzkonzentration von Boden- und Meeresoberflächen und hat im vergangenen Jahr seine erste globale Ozeankarte aus Daten vom Mai 2010 erstellt. Seitdem verbessert die ESA ständig ihre Auswertungstechniken, um die Auflösung der Karten zu erhöhen und eine möglichst lückenlose Abdeckung der Welt zu erreichen. Vor dieser Aufgabe steht nun auch die NASA. Die bisher umfangreichste Karte von Salzkonzentrationen in den Meeren und Böden der Welt konnte die ESA aus SMOS-Daten vom August 2010 erstellen.

Die Missionen der ESA und der NASA sind wichtige Bausteine bei der Erstellung globaler Klimamodelle. Bevor die Salzkonzentration der Meere aus dem All gemessen werden konnte, musste die Meeresoberfläche stichprobenartig von Schiffen geprüft werden – ein langwieriges, aufwändiges und sehr lückenhaftes Verfahren. Der Meeresforscher Arnold Gordon, Mitglied des Aquarius-Teams, spricht daher angesichts der neuen Daten von einem "großen Moment in der Geschichte der Ozeanografie."

Mike Beckers

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  • Quellen
NASA, 22. September 2011: www.nasa.gov

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