Satelliten und Biodiversität: Was sie über Wälder wirklich verraten

Es hat beinahe etwas Magisches, einen Wald aus der Erdumlaufbahn zu beobachten. Satelliten in mehreren Hundert Kilometern Höhe können inzwischen sein Kronendach erfassen, seine Biomasse schätzen und sogar sichtbar machen, wie der Wald atmet und sich nach einem Sturm erholt.

Die Wissenschaft macht dabei bemerkenswerte Fortschritte. Eine neue umfassende Übersichtsarbeit zeigt jedoch einen Haken: Trotz all dessen, was Satelliten heute erkennen können, bleiben sie für einige der grundlegendsten Fragen darüber, was dort unten tatsächlich lebt, weitgehend blind.

Geleitet wurde die Übersichtsarbeit von Jesús Aguirre-Gutiérrez, außerordentlicher Professor an der Universität Oxford. Die Mitautorinnen und Mitautoren kommen aus dem Vereinigten Königreich, Mexiko, den USA, Südafrika und Japan.

Länder stehen vor einem Datenproblem

Hinter der wissenschaftlichen Frage verbirgt sich ein recht praktisches Problem.

Die Unterzeichnerstaaten des globalen Biodiversitätsrahmens von Kunming-Montreal brauchen eine einheitliche Möglichkeit, um zu überprüfen, ob sich die biologische Vielfalt tatsächlich verbessert. Das Abkommen bildet die Grundlage für das bekannte Ziel, bis 2030 jeweils 30 Prozent der Land- und Meeresflächen zu schützen.

Schon vor der eigenen Haustür ist eine solche Kontrolle schwierig. In abgelegenen, riesigen oder zu Fuß kaum zugänglichen Landschaften wird sie zur enormen Herausforderung.

Satelliten, LiDAR, Radar und luftgestützte Sensoren sollen diese Lücke schließen.

Die Übersichtsarbeit bündelt den aktuellen Wissensstand darüber, wie diese Instrumente Veränderungen von Ökosystemen in großem Maßstab erfassen. Sie ermöglichen etwas, das Erhebungen im Gelände nicht leisten können: große Teile der Erde gleichzeitig, einheitlich und nahezu lückenlos zu beobachten.

Warum Regenwälder im Mittelpunkt stehen

Tropische Wälder dienen der Übersichtsarbeit als zentrales Beispiel. Der Grund liegt nahe: Auf einem kleinen Bruchteil der Landfläche der Erde beherbergen sie ungefähr die Hälfte der weltweiten biologischen Vielfalt an Land.

Zugleich geraten diese Wälder durch Klimawandel, Rodungen und andere Störungen zunehmend unter Druck.

Satelliten können die Struktur und Biomasse von Wäldern, die Merkmale ihres Kronendachs und die Funktionsweise dieser Ökosysteme mittlerweile besonders gut erfassen.

Anhand dieser Daten lässt sich eine sonst schwer messbare Frage untersuchen: Wie gut erholt sich ein Wald nach Schäden, wie widerstandsfähig ist er gegenüber weiteren Störungen und wie passt er sich an veränderte Bedingungen an?

Im Wesentlichen verstehen Ökologinnen und Ökologen darunter Resilienz. Der Blick aus dem Weltraum erweist sich als überraschend gut geeignet, um sie zu beobachten.

Hinweise zwischen den Bildpunkten

Satelliten können auch als eine Art Ersatzmaß für die Biodiversität dienen und indirekte Hinweise auf die funktionelle und taxonomische Vielfalt liefern.

In geringerem Ausmaß deuten Satellitendaten auch auf die genetische und evolutionäre Vielfalt hin.

Solche indirekten Signale werden für Konzepte wie die essenziellen Biodiversitätsvariablen zunehmend nützlich. Diese sollen die Messung biologischer Vielfalt vereinheitlichen, unabhängig davon, welche Instrumente oder Datenquellen zum Einsatz kommen.

Doch ein Ersatzmaß bleibt ein Ersatzmaß. Die Übersichtsarbeit macht deutlich, dass Fernerkundung allein trotz ihrer Fortschritte kein vollständiges Bild der Biodiversität liefert.

Was Satelliten weiterhin nicht sehen

Einige der grundlegendsten Fragen zur biologischen Vielfalt bleiben aus der Erdumlaufbahn praktisch unsichtbar.

Der Artenwechsel, die Evolutionsgeschichte und die genetische Vielfalt lassen sich mit der heutigen Technik in Satellitendaten nicht eindeutig erkennen. Dafür müssen Forschende weiterhin vor Ort Arten zählen, Proben nehmen und Beobachtungen durchführen.

Satellitendaten und Feldökologie stehen daher nicht in Konkurrenz, sondern ergänzen einander. Fehlt eine der beiden Methoden, geraten Bewertungen der biologischen Vielfalt ins Wanken.

„Die Fernerkundung verändert grundlegend, wie wir Biodiversität und Veränderungen von Ökosystemen in großem Maßstab beobachten können“, sagte Aguirre-Gutiérrez.

„Satelliten liefern heute beispiellose Informationen über die Struktur und Funktion von Wäldern und helfen uns zu verstehen, wie Ökosysteme auf Störungen reagieren.“

„Eine vollständige Lösung ist das jedoch nicht. Viele Dimensionen der Biodiversität lassen sich aus dem Weltraum noch immer schwer direkt beobachten. Deshalb bleibt es unerlässlich, Satellitendaten mit Beobachtungen im Gelände zu verbinden.“

„Künftige Satellitenmissionen werden die Möglichkeiten unserer Messungen weiter ausbauen. Die Überwachung der Biodiversität wird aber immer davon abhängen, mehrere Erkenntnisquellen zusammenzuführen.“

Die nächste Generation von Satelliten

Die Übersichtsarbeit verweist auf eine neue Welle von Satellitenmissionen und präzisere Sensortechnik: bessere hyperspektrale Bildgebung, weiterentwickeltes LiDAR und verbesserte Radarsysteme.

Diese Fortschritte dürften in den kommenden Jahren deutlich erweitern, was sich aus der Erdumlaufbahn messen lässt. Damit könnten einige der heutigen blinden Flecken bei der Beobachtung von Strukturen und Funktionen kleiner werden.

Die tiefgreifendsten genetischen und evolutionären Fragen werden für Satelliten aber wohl noch längere Zeit außer Reichweite bleiben.

Warum diese Übersichtsarbeit wichtig ist

Wälder bedecken rund 31 Prozent der Landfläche unseres Planeten und spielen eine enorme Rolle für die Regulierung des Klimas. Ihr Zustand ist deshalb entscheidend dafür, ob die weltweiten Naturschutzziele überhaupt erreicht werden.

Dennoch bleibt die weltweite Überwachung der biologischen Vielfalt derzeit lückenhaft und unvollständig. Das gilt besonders für die Tropen – also gerade für jene Regionen, in denen Satellitendaten theoretisch am meisten helfen könnten.

Die Autorinnen und Autoren stellen Satelliten nicht als Allheilmittel dar, unabhängig davon, wie schnell sich die Technik verbessert.

Damit der globale Biodiversitätsrahmen tatsächlich funktioniert, müssen Fernerkundung, Feldökologie und neuere Konzepte wie die essenziellen Biodiversitätsvariablen miteinander verknüpft werden, statt sich allein auf einen einzigen Ansatz zu verlassen.

Wie Aguirre-Gutiérrez abschließend festhielt, wird die Überwachung der Biodiversität immer auf dem Zusammenführen mehrerer Erkenntnisquellen beruhen – ganz gleich, wie präzise der Blick aus dem Weltraum künftig wird.