NASA kartiert Wüstenstaub, um den Klimawandel besser zu verstehen

Im Juni brachte die NASA eine Sonde mit dem Namen Earth Surface Mineral Dust Source Investigation (EMIT) zur Internationalen Raumstation ISS. Sie soll dabei helfen, den Klimawandel besser zu verstehen. Bislang ist noch nicht klar, welchen Einfluss Feinstaubpartikel aus den Wüsten dieser Erde auf das globale Klima haben. Klar ist nur, dass sie zumindest lokal dazu beitragen, dass es kühler oder wärmer wird. Wie groß der Einfluss insgesamt ist, soll mit EMIT untersucht werden. Die Sonde hat nun ihre ersten Mineralienkarten erstellt und detaillierte Bilder geliefert.

Was kann EMIT besser als andere Spektrometer?

Das auf der ISS installierte EMIT ist das erste einer neuen Klasse von bildgebenden Spektrometern. Solche Geräte sind in der Lage, ein Spektrum darzustellen. Wobei ein Spektrum die Gesamtheit aller elektromagnetischer Wellen verschiedener Wellenlänge ist. Über dieses Spektrum lässt sich feststellen, welches Material vorliegt.

„Vor Jahrzehnten, als ich an der Universität studierte, dauerte es 10 Minuten, um ein einziges Spektrum einer geologischen Probe im Labor zu erfassen. Das abbildende Spektrometer von EMIT misst 300.000 Spektren pro Sekunde in hervorragender Qualität“, so Robert Green, EMIT-Leiter und leitender Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA.

Verschiedene Materialien reflektieren Licht in unterschiedlichen Wellenlängen. Die Wissenschaftler nutzen diese Muster, die so genannten spektralen Fingerabdrücke, um Mineralien auf der Oberfläche zu identifizieren und ihre Standorte zu bestimmen. Das Gerät kann somit nicht nur feststellen, wo Feinstaub in der Luft liegt, es kann außerdem dabei helfen, neue Mineralienvorkommen zu entdecken.

Seine Wurzeln hat EMIT in der Technologie der bildgebenden Spektrometr. Das erste seiner Art war 1982 das Aiborne Imaging Spectrometer (AIS), das ebenfalls von der NASA entwickelt wurde. Es wurde dazu genutzt, Mineralien auf der Erdoberfläche von einem niedrig fliegenden Forschungsflugzeug aus zu entdecken. Das funktionierte gut, das EMIT soll nun in seine Fußstapfen treten. Es soll sehr viel schneller und sehr viel detaillierter Feinstäube und Mineralien identifizieren und bildlich darstellen.

Erste Testmessungen sind vielversprechend

Was die NASA jetzt an Bildern liefert, sind erste Testmessungen in Regionen im Nordwesten Nevadas und in Libyen in der Wüste Sahara. Die Karte von Nevada konzentriert sich zum Beispiel auf ein gebirgiges Gebiet etwa 209 Kilometer nordöstlich des Lake Tahoe. Sie zeigt Orte, die von Kaolinit dominiert werden. Das ist ein helles Mineral, dessen Partikel das Licht nach oben streuen und die Luft abkühlen, während sie sich durch die Atmosphäre bewegen.

Im gleichen Gebiet wurden bereits 2018 mit dem Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) Daten aus Flugzeugen gesammelt. Diese passen sehr gut mit dem zusammen, was EMIT jetzt gemessen hat. Weitere Tests sollen folgen, um die Genauigkeit der EMIT-Messungen zu bestätigen. Die ersten Ergebnisse sind aber zunächst einmal vielversprechend.

Was ist das Ziel der EMIT-Messungen?

Wir haben es bereits kurz angeschnitten: Bislang kann die Wissenschaft noch nicht beurteilen, welchen Einfluss Wüstenstaub auf das globale Klima hat. Klar ist, dass sich über Deutschland und Europa immer wieder Wolken aus Saharastaub bewegen. Die Sahara gilt generell als die größte Quelle von Mineralstaub auf der Erde. Etwa 50 Prozent der Staubartikel in der Atmosphäre stammen von dort.

Im Schnitt gelangt etwa 5 bis 15-mal innerhalb eines Jahres Saharastaub bis Mitteleuropa. Er beeinflusst die Sonneneinstrahlung sowie die Wolken- und Niederschlagsbildung. Und er dient als Dünger – zum Beispiel für das Plankton in den Ozeanen oder für die Pflanzenwelt des südamerikanischen Urwalds.

In Deutschland erforscht zum Beispiel das Leipnitz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig die Auswirkungen des Saharastaubs auf das Klimasystem. Dort bedient man sich der Lasertechnik, genauer gesagt eines LIDARs (Light Detection And Ranging), um den Staub zu erfassen. Dabei wird ein gepulster Laserstrahl in die Atmosphäre geschossen und die Rückstreuung an Staubpartikeln detektiert.

Nun soll EMIT weitere und detailiertere Daten sammeln, um noch besser verstehen zu können, welchen Einfluss Wüstenstaub auf das Klima hat. Das Gerät ist in der Lage, hochauflösende Bilder und Daten in riesiger Menge zu erfassen. So sollen die Mineralien der Trockengebiete der Erde, die immerhin etwa 25 Prozent der Landoberfläche der Erde ausmachen, innerhalb eines Jahres umfassend kartiert werden.

„Die Daten, die wir von EMIT erhalten, geben uns einen besseren Einblick in die Erwärmung und Abkühlung der Erde und in die Rolle, die Mineralstaub in diesem Zyklus spielt. Es ist vielversprechend, die Menge an Daten zu sehen, die wir in so kurzer Zeit von der Mission erhalten“, Kate Calvin, leitende Wissenschaftlerin und leitende Klimaberaterin der NAS.

Die Daten von EMIT sollen zudem für eine Vielzahl von Untersuchungen frei verfügbar sein. Sie helfen zum Beispiel dabei, strategisch wichtige Mineralien mit Lithium oder Seltene Erden aufzuspüren. Die NASA-Technologie legt zudem den Grundstein für die künftige Satellitenmission Surface Biology and Geology (SBG). Diese beschäftigt sich ebenfalls mit dem Klimawandel.