Neue Landkarte von Siedlungen in der Arktis | Polarjournal
Aktualisierte Karte von Siedlungsgebieten entlang der Arktischen Küsten und Permafrostverbreitung (Obu et al. 2021). Quelle: Bartsch et al. 2021

Annett Bartsch, Mitglied des Austrian Polar Research Institute APRI und Geschäftsführerin von b.geos, verfügt über mehr als zehn Jahre Erfahrung in der Satellitenbildverarbeitung und konzentriert sich auf Forschungsfragen rund um die Klimaerwärmung und deren Auswirkungen auf den Permafrost. Ihr aktuelles Projekt in Zusammenarbeit mit dem ehemaligen APRI-Direktor Peter Schweitzer vom Institut für Sozial- und Kulturanthropologie der Universität Wien ist Teil der Projekte Nunataryuk und CHARTER des Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramms der Europäischen Union. Die Ergebnisse sind in den Environmental Research Letters veröffentlicht und konnten erstmals hochauflösende Daten liefern, die es ermöglichten, die Besiedlung und sichtbare Auswirkungen der Nutzung der zirkumpolaren arktischen Küsten in einem Bereich von 100 km und 6,2 Mio. km2 zu kartieren. Die Europäische Weltraumorganisation ESA hat auf der Grundlage ihrer Daten eine Karte der Präsenz des Menschen in der Arktis veröffentlicht, um die sich beschleunigenden klimatischen Veränderungen und ihre Auswirkungen auf die Entwicklung neuer Infrastrukturen in der Arktis aufzuzeigen. Sie wurde auf der COP26 von Hugues Lantuit, Alfred-Wegener-Institut (AWI), auf dem Permafrost Day at COP26 Cryosphere Pavillon der COP26 vorgestellt.

Die globale Erwärmung führt zu einer starken Schwächung der Kryosphäre (Sphäre von Schnee und Eis) der Erde, und die Erwärmung in der Arktis ist ausgeprägter als im globalen Durchschnitt (IPCC 2021). Mehrere Millionen Menschen leben in Permafrostgebieten in der Arktis, die aufgrund der Erwärmung des arktischen Klimas mit einem weit verbreiteten Anstieg der Bodentemperaturen und tauen des Permafrosts in vielen Regionen konfrontiert sind. Die arktischen Küstengemeinden werden aufgrund der kombinierten Auswirkungen des Meereisverlusts und des Auftauens des Permafrosts als besonders anfällig für den Klimawandel angesehen. Letzteres wird als Bedrohung für die lokale Umwelt und die Dörfer gewertet. Die Auswirkungen auf den wirtschaftlichen Wert von Ökosystemen, Mineralien und Ölförderung müssen für eine nachhaltige Entwicklung dieser Regionen berücksichtigt werden.

Animation der Permafrostveränderungen 1997 bis 2019 (Permafrost CCI project, Obu et al. 2021) herausgegeben für COP26. Credit: ESA; ESA/Permafrost climate change initiative/NSIDC Sea Ice Index

Satellitendaten können genutzt werden, um die Erkennung von Infrastrukturen zu verbessern, die auf unterschiedliche menschliche Aktivitäten hinweisen. Das Team von Bartsch nutzte Satelliten-Sentinel- 1/2-Datensätze und wandte Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) an, um Verkehrsinfrastrukturen wie Straßen und Eisenbahnen, Gebäude und andere betroffene Gebiete zu identifizieren (Arctic Coastal Human Impact, SACHI). Die Studie von Bartsch erlaubt die Quantifizierung der Veränderung der jüngsten menschlichen Einflüsse in der panarktischen Küstenzone seit dem Jahr 2000. Die Kombination mit Permafrost-Zeitreihen Infrastrukturen ermöglicht es Infrastrukturen zu identifizieren, die potenziell vom gegenwärtigen Klimawandel betroffen sind.

„Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die nachweisbare, vom Menschen direkt beeinflusste Fläche in der arktischen Küstenregion seit 2000 um 15 % zugenommen hat.„

Annett Bartsch, Ph.D. b.geos

Die Identifizierung von Infrastruktur und Bevölkerungszentren in der gesamten Arktis stellt einen Fortschritt für die Überwachung der Besiedlung und Nutzung dar. Die Kombination mit satellitengestützten Trends des Vegetationsindexes (NDVI) ermöglicht die Identifizierung kürzlich errichteter Infrastrukturen. Die meisten davon können der Öl- und Gasindustrie zugeschrieben werden, die auf eine anhaltende industrielle Entwicklung hinweisen.

Veränderungen des Vegetationsindex (NDVI) von 2000-2018 in vom Menschen beeinflussten Gebieten, kartiert mit Sentinel-1 und -2 für das Gas- und Kondensatfeld Yamburg in Westsibirien. Rot zeigt neue menschliche Siedlungen und Straßen nach 2000 an. (modifiziert aus Bartsch et al. 2021)

„Mit 10 Metern Auflösung wird Kartierung möglich, obwohl es immer noch viele
Merkmale gibt, die man nicht einmal damit erkennen kann.“

Annett Bartsch Ph.D., b.geos

Die meisten der Veränderungen fanden in Russland statt, aber auch in Kanada und den USA.

  • • 31 % bzw. 5 % der betroffenen Fläche, die hauptsächlich mit der Öl-/Gasindustrie bzw. dem Bergbau in Verbindung gebracht werden, sind nach 2000 entstanden
  • • Mindestens 50 % der betroffenen Flächen werden bis 2050 auf eine Bodentemperatur von über 0 °C in zwei Metern Tiefe ansteigen, wenn sich die derzeitige Erwärmung des Permafrostbodens in dem Tempo der letzten beiden Jahrzehnte fortsetzt.
Die Bestimmung von Bodenmerkmalen in Permafrostgebieten ist wichtig, um die satellitenbasierten Ergebnisse auszuwerten. Bild: A. Bartsch

Diese Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, besser zu verstehen, in welchem Umfang und an welchen Stellen die arktische Infrastruktur durch das Auftauen des Permafrosts bedroht werden kann. Für die überwiegende Mehrheit der identifizierten Infrastrukturobjekte wurden positive Bodentemperaturtrends während der letzten zwei Jahrzehnte beobachtet. Obwohl die Ziele der COP26 hoch gesteckt waren, um endlich verbindliche Ziele für alle Nationen zu schaffen, damit die Erderwärmung unter 1,5°C bleibt, blieben die Ergebnisse aufgrund der unterschiedlichen Interessen der Nationen vage und umstritten. Dennoch bleibt die Hoffnung, dass alle Nationen die Bedeutung effektiver Maßnahmen für eine Dekarbonisierung der menschlichen Gesellschaft mit einer vereinbarten kurzfristigen Umsetzung erkennen.

Pressemitteilung Austrian Polar Research Institute

Link zur Studie: Annett Bartsch et al 2021 Environ. Res. Lett. 16 115013, Expanding infrastructure and growing anthropogenic impacts along Arctic coasts

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