OCO-2 – der „Kohlenstoff-schnüffelnde Satellit“

Angesichts der zunehmenden Schwere des globalen Klimawandels ist die Überwachung und Erforschung von Kohlendioxid (CO₂), einem der wichtigsten Treibhausgase, in den Fokus der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft gerückt. Vor diesem Hintergrund wurde der NASA-Satellit Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) entwickelt, der sich zu einem wichtigen Instrument für die Menschheit entwickelt hat, um die Kohlendioxidemissionen und -absorption in der Erdatmosphäre zu erforschen.

Seit dem Industriezeitalter haben menschliche Aktivitäten, insbesondere die Verbrennung fossiler Brennstoffe, zu einem drastischen Anstieg der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration geführt. Laut dem Global Carbon Project (GCP) werden jährlich fast 40 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt, wobei die Erdoberfläche und die Ozeane etwa die Hälfte dieser Emissionen absorbieren. Die geografische Verteilung der Kohlenstoffaufnahme durch marine und terrestrische Ökosysteme ist jedoch sehr unsicher, und die Effektivität und Effizienz dieser Kohlenstoffsenken können sich im Laufe der Zeit verändern. Dies erschwert es Wissenschaftlern, zukünftige Veränderungen des Kohlendioxidgehalts und deren Auswirkungen auf das Erdklima präzise vorherzusagen.

Vor OCO-2 hatte die NASA versucht, ihren ersten Kohlenstoffbeobachtungssatelliten (OCO-1) in die Erdumlaufbahn zu bringen. Leider erreichte der Satellit kurz nach seinem Start im Jahr 2009 nicht die geplante Umlaufbahn und stürzte schließlich ins Meer nahe der Antarktis. Dieses Scheitern enttäuschte die wissenschaftliche Gemeinschaft zutiefst, veranlasste die NASA aber auch, die Entwicklung eines Ersatzsatelliten zu beschleunigen.

Der Satellit OCO-2 ist der erste erfolgreich gestartete NASA-Satellit zur Erforschung von Kohlendioxidemissionen. Er wurde am 2. Juli 2014 von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien an Bord einer Boeing Delta II-Rakete gestartet. OCO-2 ist für einen Betrieb von mindestens zwei Jahren ausgelegt und sein erfolgreicher Start stellt einen bedeutenden Fortschritt für die NASA bei der Überwachung des atmosphärischen Kohlendioxids dar.

1. Hochpräzise Messung: Der OCO-2-Satellit ist mit einem Dreikanal-Spektrometer ausgestattet, das die Messung der globalen Kohlendioxidkonzentration mit beispielloser Präzision bis in den ppm-Bereich ermöglicht. Diese Genauigkeit erlaubt Wissenschaftlern ein genaueres Verständnis der Verteilung und der Veränderungen von Kohlendioxid in der Atmosphäre.
2. Hohe Auflösung und umfassende Abdeckung: Der Satellit erfasst täglich riesige Mengen hochauflösender Messdaten, die zahlreiche Regionen weltweit abdecken, darunter Land und Ozean. Diese Daten liefern Wissenschaftlern eine detailliertere Karte der Kohlendioxidverteilung und tragen so zu einem tieferen Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs bei.
3. Überwachung saisonaler Zyklen: OCO-2 kann die saisonalen Zyklen des Kohlendioxids Jahr für Jahr quantifizieren, was für die Klimaforschung von großer Bedeutung ist. Durch Langzeitbeobachtungen können Wissenschaftler Muster und Trends in den Veränderungen der Kohlendioxidkonzentration aufdecken.

Die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele des Satelliten OCO-2 sind:

1. Identifizierung von Kohlendioxid-Emissionsquellen und -senken: Durch hochpräzise Messungen werden globale Kohlendioxid-Emissionsquellen und -senken identifiziert, wodurch die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf den Klimawandel sichtbar werden.
2. Kartierung der globalen Verteilung von Kohlendioxid: Mithilfe der gesammelten Daten wird eine globale Kohlendioxidverteilungskarte erstellt, die grundlegende Daten für die Klimaforschung liefert.

Inversionsalgorithmus:

Der ACOS-Algorithmus basiert auf der Eigenschaft von CO₂, Infrarotstrahlung in der Atmosphäre zu absorbieren. Wenn Infrarotlicht die Atmosphäre durchdringt, absorbieren CO₂-Moleküle einen Teil der Lichtenergie in einem bestimmten Wellenlängenbereich. Der Absorptionsgrad ist proportional zur CO₂-Konzentration. Durch Messung der Differenz der Lichtintensität vor und nach der Absorption von Infrarotlicht durch die Atmosphäre (insbesondere durch CO₂) lässt sich daher die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre bestimmen.

Anwendungsgebiete

1. Klimawandelforschung: Die Daten des Satelliten OCO-2 werden Wissenschaftlern umfassendere Informationen über die Kohlendioxidverteilung liefern und so dazu beitragen, ihr Verständnis der Ursachen, Prozesse und Auswirkungen des Klimawandels zu vertiefen.
2. Umweltüberwachung und -schutz: Durch die Überwachung von Kohlendioxid-Emissionsquellen und -senken wird eine wissenschaftliche Grundlage für die Formulierung und Umsetzung von Umweltschutzmaßnahmen geschaffen.
3. Landwirtschaftliche Produktion und Bewirtschaftung: Veränderungen der Kohlendioxidkonzentration haben einen signifikanten Einfluss auf das Pflanzenwachstum. OCO₂-Daten können genutzt werden, um die Anordnung der landwirtschaftlichen Produktionsanlagen und die Bewirtschaftungsstrategien zu optimieren und dadurch Ertrag und Qualität der Ernte zu verbessern.
4. Energiepolitikgestaltung: Das Verständnis der Kohlendioxidemissionen hilft Ländern dabei, wissenschaftlich fundiertere und rationalere Energiepolitiken zu formulieren und eine grüne und kohlenstoffarme Entwicklung zu fördern.

Seit seinem Start hat der Satellit OCO-2 zahlreiche wichtige Ergebnisse erzielt. Seine Daten zeigen die Verteilung von Kohlendioxid in der Erdatmosphäre und liefern Wissenschaftlern wertvolle Forschungsinformationen. Darüber hinaus überwacht der Satellit kontinuierlich die saisonalen Schwankungen des Kohlendioxidgehalts und deckt so die Muster und Trends dieser Veränderungen auf.