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Forschung

Im Austausch mit dem Weltall

Freitag, 25. Oktober 2019

„Cosmic Sense“ – kosmische Strahlung soll Aufschluss über Entwicklungen beim Klimawandel geben

Neutronensonden und eine Drohne messen u. a. kosmische Strahlung, um über den Wasseraustausch zwischen Boden und Atmo-sphäre aufzuklären
Lupe
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Wenn im Morgengrauen die kühlen Nebel über den ausgedehnten Wiesen am Peißenberg im Ost-Allgäu wabern, freuen sich nicht nur die Landwirte und ihr Vieh über die willkommene Feuchtigkeit. Forscher*innen von sieben Universitäten und Helmholtz-Einrichtungen aus ganz Deutschland haben im Sommer 2019 in dieser naturbelassenen Gegend ein temporäres Observatorium aufgebaut, um weltweit zum ersten Mal in einem interdisziplinären Cluster mehr als 20 Neutronensonden im Dienste der Klimaforschung zusammenzulegen.

Die Wärmekamera erkennt nicht nur Kühe, sondern auch, wo der Boden besonders warm ist (rosa)
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Interessant sind für sie nicht vorrangig Niederschlag und Temperatur. Mit speziellen Sensoren sammelt die Forschungsgruppe „Cosmic Sense“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft Daten über die kosmische Strahlung,  die permanent aus dem Weltall auf die Erde trifft, in sie eindringt und schließlich Aufschluss über die sich wandelnde Feuchtigkeit im Boden und über dessen Mikroklima gibt. Daraus wollen sie anschließend Prognosen über drohende Hochwasser oder Trockenperioden ableiten.
„Wasser ist die treibende Größe, es ist zentral für die Klimaveränderungen auf der Erde. Es ist ständig in Bewegung, in Boden, Luft, in Pflanzen, Tieren und Menschen“, erklärt Prof. Dr. Birgit Kleinschmit vom TU-Fachgebiet Geoinformation in der Umweltplanung. Sie leitet zusammen mit Dr. Michael Förster bei „Cosmic Sense“ die Forschungseinheit Fernerkundung. „Wir wollen im Projekt zum einen Muster in der Wasserverteilung im Untersuchungsgebiet erkennen, die für den durchwurzelten Boden repräsentativ sind, auch wenn sie sich durch Austrocknung und Niederschläge laufend ändern.  Zum anderen erwarten wir nach einer großflächigen Berechnung der Bodenfeuchte, der wichtigsten Messgröße, nähere Erkenntnisse über den Wasseraustausch mit der Atmosphäre. Das könnte eindeutigere Klima-Prognosen erlauben.“ Es wird eine einzigartige Datensammlung sein, denn die Messgeräte und die geophysikalischen Verfahren weisen mehrere Besonderheiten auf: „Wir messen mit Neutronensonden der neuesten Generation, sogenannten ‚Cosmic-Ray Neutron Sensors‘, kurz CRNS. Diese zählen die atmosphärisch erzeugten und vom Boden reflektierten Neutronen. Aus deren Anzahl kann man die Bodenfeuchte errechnen“, erläutert Geoinformatiker Michael Förster. Physiker, Geologen, Hydrologen, Vegetationsexperten und Technologen arbeiten mit den TU-Geoinformatiker*innen Hand in Hand. „Die speziell entwickelten Neutronensonden werden sowohl stationär eingesetzt als auch mobil“, erklärt Förster weiter. „So decken wir ein Kerngebiet und zugleich eine ganze Region ab.“ Auch messen die modernen Sensoren zerstörungsfrei. Es müssen keine Gruben ausgehoben werden oder andere verfälschende Eingriffe in den Boden vorgenommen werden. Die TU-Forscher*innen hatten außerdem eine eigene, 100 000 Euro teure Drohne mitgebracht, die aus Mitteln des TU-eigenen Forschungs-Infrastrukturprogramms finanziert wurde. Sie beobachtete das Gebiet aus 75 bis 100 Metern Höhe. Eine an der Drohne angebrachte Laser- und eine Hydro­spektralkamera lieferten zum Beispiel genaue Informationen über die Oberflächenstruktur der Landschaft sowie über Feuchte- und Wärme-Cluster im Gebiet. Auf den Bildern sind sogar Kühe zu erkennen, denn auch diese produzieren Wärme und verdunsten Feuchtigkeit. Mehrere Wochen haben die Projektbeteiligten während ihrer Intensiv-Messkampagne im Sommer im Allgäu verbracht. Nun geht es an die detaillierte Datenauswertung. Ziel ist ein zunächst regionales Klimamodell, das auch Vorhersagen von Starkregen und Dürreperioden erlaubt. Doch später soll es Blaupause auch für andere regionale Klimamodelle zur landwirtschaftlichen Planung und Krisenbewältigung sein, zum Beispiel in Dürregebieten Afrikas. Zunächst aber soll ein Bodenfeuchte-und-Dürre-Monitoring für ganz Deutschland entwickelt werden, denn für die Landwirtschaft sind solche Modelle ganz entscheidend. „Die Landwirte vor Ort haben daher unsere Arbeit auch mit großem Interesse verfolgt“, so Birgit Kleinschmit. Und lächelnd fügt sie hinzu: „Nicht etwa nur die Kühe auf der Wiese.“

Patricia Pätzold

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