Photosynthese per Satellit…

…mit hoher Auflösung erfassen 

Das Klima wird wesentlich vom globalen Kohlenstoffkreislauf beeinflusst. Pflanzen entziehen der Atmosphäre im Rahmen der Photosynthese CO2 und bauen es als Energie- und Rohstofflieferant für höhere Lebewesen in Biomasse ein. Doch wie viel atmosphärisches CO2 wird wo, wann und in welchen Ökosystemen umgesetzt? Diese Frage kann nun mit Hilfe des NASA-Satelliten OCO-2 sehr viel präziser und flächendeckend beantwortet werden.

[note Monatliche Chlorophyll-Fluoreszenz (SIF), erhoben von verschiedenen Satelliteninstrumenten – Karte © GFZ/Philipp Köhler]

Eine Forschergruppe mit Beteiligung des Potsdamer GFZ und des Jenaer Max-Planck-Instituts für Biogeochemie nutzte hierfür die verbesserte Erfassung der solarinduzierten Chlorophyll-Fluoreszenz durch OCO-2 auf Basis von Daten des NASA-Satelliten „OCO-2“ (Orbiting Carbon Observatory 2) – und zwar mit wesentlich höherer räumlicher Auflösung als bislang mit Satelliten möglich.

Das SIF-Signal ist ein natürliches Phänomen von Blättern im Sonnenlicht: Sobald ein Chlorophyll-Molekül durch ein Photon angeregt wird, sendet es – sehr schwach aber dennoch messbar – eine Fluoreszenzstrahlung aus, mit Wellenlängen zwischen 660 und 850 Nanometern. Diese Strahlung ist damit ein Anzeiger für die Photosynthese-Aktivität der Pflanzen. Die stark verbesserten Messungen tragen dazu bei, den globalen Kohlenstoffkreislauf besser zu verstehen, lautet das Fazit der Autoren um Ying Sun vom Jet Propulsion Laboratory der NASA im Fachmagazin Science.

An der Studie sind auch zwei Wissenschaftler aus Deutschland beteiligt: Martin Jung vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie (MPI-BGC) in Jena und Luis Guanter vom Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ).

Die große Stärke der SIF-Messungen durch den OCO-2-Satelliten liegt in der sehr hohen räumlichen Auflösung. „Vor dem Start von OCO-2 im Jahr 2014 gab es zwar bereits globale SIF-Karten, doch deren räumliche Auflösung war sehr grob, die kleinsten Messeinheiten (Pixel) waren im besten Fall 50 mal 50 Kilometer groß“, sagt GFZ-Forscher Luis Guanter.

Dabei fanden die Forscher heraus, dass die Beziehung zwischen Photosyntheseleistung und SIF wesentlich enger ist als bisher bekannt und dies über verschiedene Vegetationstypen wie Felder, Wälder und Graslandschaften hinweg. „Präzise Messungen der solarinduzierten Chlorophyll-Fluoreszenz, wie sie mit OCO-2 möglich sind, aber auch mit Nachfolgemissionen wie dem europäischen Satelliten Sentinel-5P, der zufällig jetzt am 13. Oktober starten soll, ermöglichen es der Wissenschaft, die primäre Biomasseproduktion und deren Anteil am globalen Kohlenstoffkreislauf besser zu bestimmen“, sagt Guanter.

„Mit solchen verbesserten Satellitendaten können wir erstmals globale SIF-Messungen mit Daten zur Kohlenstoffaufnahme einzelner Ökosysteme, die vor Ort erhoben wurden, miteinander verknüpfen“, sagt Martin Jung vom MPI-BGC. „Daraus ergibt sich ein großes Potenzial, globale Abschätzungen zur Photosyntheseleistung und zu Stoffumsätzen zwischen Festland und Atmosphäre, die maßgeblich für das System Erde sind, zu verbessern.“

->Quellen und weitere Informationen: 

  • bgc-jena.mpg.de
  • gfz-potsdam.de
  • Y. Sun, C. Frankenberg, D.S. Schimel, D.T. Drewry, T.S. Magney, K. Yuen, C. Frankenberg, P. Köhler, M. Jung, L. Guanter, D.T. Drewry, M. Verma, A. Porcar-Castell, T.J. Griffis, L. Gu, B. Evans, 2017. OCO-2 advances photosynthesis observation from space via solar-induced chlorophyll fluorescence, in: Science. DOI: 10.1126/science.aam5747