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Temperaturfühlung vom Weltall aus

Deutsche Satellitentechnik erspürt Flözbrände

Mit der zunehmenden Aufmerksamkeit, die Wissenschaftler den weltweiten Flözbränden in den letzten Jahren gewidmet haben, wurde mehr und mehr klar, dass man bisher weder alle Brände lokalisiert hat, noch ausreichend über die Ausbreitung der Feuer weiß. Denn brennt die Kohle erst einmal, springt sie leicht von Flöz zu Flöz über, selbst wenn man meint, das Feuer sei erloschen.

Infrarotbild einer hügeligen Landschaft in Wuda, China. Die roten Flecken sind verursacht durch unterirdische Brände © DFD/DLR

Deutsch-chinesische Partnerschaft

Weil die Flözbrände mittlerweile nicht nur enorme wirtschaftliche Schäden verursachen, sondern zunehmend auch als nicht zu vernachlässigende Quelle für die Emission von Treibhausgasen angesehen werden, engagiert sich auch Deutschland bei der Erforschung der Ursachen und Erkennungsmethoden. Seit 2003 besteht eine deutsch-chinesische Forschungsinitiative mit zahlreichen Projektpartnern auf beiden Seiten, unter anderem dem deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), der Technischen Universität Bergakademie Freiberg, dem chinesischen Zentrum für Fernerkundung oder dem chinesischen Kohleforschungsinstitut. Allein das Bundesministerium für Forschung und Entwicklung finanziert das Projekt über sieben Jahre bis zum Jahr 2010 mit sechs Millionen Euro.

In drei Projektgebieten im besonders stark von dem Problem betroffenen Norden Chinas, in Wuda, Gulaben und Ruijigou, erforschen deutsche und chinesische Wissenschaftler gemeinsam Ursachen und Ausbreitung der Feuer. Um diese Fragen zu beantworten und adäquate Löschmethoden zu entwickeln, muss man jedoch zunächst erst einmal lokalisieren, wo sich Brände durch den Untergrund fressen.

Temperaturmessung in einer Brandzone © DFD/DLR

Satelliten als Feuermelder

Bei der Ortung der Feuer hat sich die Fernerkundung aus dem Weltall als besonders nützlich erwiesen. Denn längst sind nicht alle brennenden Flöze überhaupt bekannt. Im Jahr 2007 ist es Wissenschaftlern vom DLR erstmals gelungen, bisher unbekannte Kohlebrände in der Grenzregion zwischen den chinesischen Provinzen Innere Mongolei und Ningxia mit Hilfe von Satelliten aufzuspüren. Grundlage dieses Erfolgs ist die Annahme, dass man Eigenschaften der Erdoberfläche mit Hilfe von Satellitentechnik, durch Fernerkundungsmethoden, ausfindig machen kann.

Infrarotmessungen ….

Zum einen besteht die Möglichkeit, mit Satelliten die Oberflächentemperatur der Erde zu messen. Kohlebrände im Untergrund erwärmen das umliegende Gestein – wenn auch nur um wenige Grad. Die unterschiedlichen Temperaturen können von Satelliten aus aufgenommen werden. Dabei decken die durch Infrarotsensoren gewonnenen Daten Temperaturdifferenzen zwischen kühlen und wärmeren Flächen mit ähnlichen geologischen Voraussetzungen auf.

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Blick aus dem Helikopter auf eine Kohlemine in Wuda © DFD/DLR

…. und Multispektralaufnahmen

Mithilfe von Multispektralkameras kann man Rückschlüsse auf weitere Eigenschaften der Erdoberfläche gewinnen. Während Infrarotsensoren lediglich infrarote Wellenlängen wahrnehmen, decken multispektrale Aufnahmen ein größeres Wellenspektrum ab. Sie liefern so nicht nur Daten über die Oberflächentemperatur sondern auch über die Reflektivität, also die Art der Reflektion und Streuung von Strahlung, oder den Emissionsgrad, die Fähigkeit, radiomagnetische Strahlung abzugeben. So können verschiedene Vegetationsformen, zum Beispiel Wald oder Grasbewuchs, aber auch Gesteinstypen, zum Beispiel vulkanisches oder Sedimentgestein, ausfindig gemacht werden.

Oberflächen-Typ „Kohle“

Ziel der Wissenschaftler vom DLR war es nun, auf Satellitenbildern einen bestimmten Oberflächen-Typ zu identifizieren, den sie als „Kohle“ klassifizierten. Zuvor hatten die Forscher in Feldkampagnen Messungen an bekannten Flözbränden und dem überlagernden Gestein vorgenommen und so festgestellt, dass unterirdische Flözbrände aufgrund der Hitze zu einem Verlust der Vegetationsdecke und zu Umformungen der Gesteinsstruktur führen.

Die Wissenschaftler entwickelten nun Computermodelle, mit deren Hilfe jedes einzelne Computer-Pixel der digitalen Satellitenbilder der Testregion auf diese ganz speziellen Eigenschaften hin überprüft wurde. Flächen, die nicht in Frage kamen, zum Beispiel Wasser oder auf den Satellitenbildern im Schatten liegende Areale, wurden dabei in mehreren Durchgängen herausgerechnet, so dass am Ende nur noch die in Frage kommenden Kohleflächen übrig blieben.

Nach den ersten Versuchen konnten die Wissenschaftler ihre Daten mit bekannten Feuern abgleichen, bis zu 80 Prozent der bekannten Flächen stimmten mit den Berechnungen überein.

Verifikation im Gelände

Die Bewährungsprobe erlebten die Wissenschaftler vom DLR, als sie ein bisher unbekanntes Feuer aufspürten. Obwohl die lokale Bevölkerung 25 Kilometer südöstlich der Stadt Wuda von einem brennenden Flöz wusste, hatte die örtliche Bergbaubehörde davon bisher keine Notiz genommen. So wussten auch die kooperierenden deutschen Wissenschaftler nichts von dem Feuer. Als sie die Region aufgrund ihrer Messdaten aufsuchten, stellte sich schnell heraus, dass ihr Berechnungsmodell funktioniert. Genau an der vorhergesagten Stelle fanden sie den Kohlebrand. Somit wurde die Methode verifiziert und kann nun dazu genutzt werden, weitere bisher unbekannte Feuer aufzuspüren.

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Stand: 13.06.2008

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Auf glühenden Kohlen
Wenn unterirdische Flöze Feuer fangen

Die schwelende Umweltkatastrophe
Millionen Tonnen Kohle verbrennen in China unkontrolliert

Wie ein gefräßiges Krebsgeschwür
Kohlebrände – ein weltweites Problem

Selbstentzündung oder Brandstiftung?
Warum die Kohle Feuer fängt

Temperaturfühlung vom Weltall aus
Deutsche Satellitentechnik erspürt Flözbrände

Klimakiller Kohlebrand?
Der Einfluss der Flözbrände auf den Treibhauseffekt

Löschen - aber wie?
Wie man die Brände eindämmen will

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