Sentinel-1 sammelt zehn Jahre lang wichtige Daten über sich verändernde Eisschilde

Das Ausmaß und die Geschwindigkeit, mit der Eis von den Eisschilden Grönlands und der Antarktis ins Meer fließt – eine wichtige Dynamik für die Modellierung des Klimas und des Meeresspiegelanstiegs – wurde über einen Zeitraum von zehn Jahren von Satelliten der Copernicus-Mission Sentinel-1 erfasst.

Bild: ESA (Data source: Wuite, J. et al. 2025).

Die Beobachtungen der Mission umfassen nun ein Jahrzehnt seit Beginn im Jahr 2014. Sie liefern die ersten kontinuierlichen, hochauflösenden Aufzeichnungen der Eisflussgeschwindigkeiten über den Eisschilden Grönlands und der Antarktis.

Dieser Langzeitdatensatz, der als Studie in der Fachzeitschrift Remote Sensing of Environment veröffentlicht wurde, basiert auf der fortschrittlichen Verarbeitung von Radardaten des Synthetic Aperture Radar (SAR)-Instruments von Sentinel-1. Die Studie ist Teil einer Sammlung von wissenschaftlichen Artikeln, die von der ESA anlässlich des 10-jährigen Jubiläums der Sentinel-1-Mission zusammengestellt wurde. Die Sonderausgabe unterstreicht die Bedeutung langfristiger und hochauflösender Datensätze für viele Anwendungen, darunter die Überwachung der Veränderungen der Eisschilde in Grönland und der Antarktis.

Eisgeschwindigkeit in der Antarktis

Die Datenvisualisierung der Antarktis (siehe Abbildung links) zeigt Details der Eisströme, die sich mit Geschwindigkeiten zwischen 1 Meter und 15 Meter pro Tag bewegen. Die Sentinel-1-Daten sind über den Zeitraum 2014–2024 gemittelt. Die auf der Karte dargestellten Regionen umfassen die Antarktische Halbinsel und die Alexander-Insel sowie große Teile des westantarktischen und ostantarktischen Eisschildes. Die meisten Küstengebiete wurden in Intervallen von sechs oder zwölf Tagen erfasst.

Auf dem westantarktischen Eisschild ist der Pine-Island-Gletscher unterhalb der Antarktischen Halbinsel deutlich zu erkennen. Während des Untersuchungszeitraums stieg die Geschwindigkeit des Eisflusses an der Grundlinie des Gletschers – dem Punkt, an dem sich das auf dem Grund liegende Eis vom darunter liegenden Felsbett löst und zu einem schwimmenden Schelfeis wird – kontinuierlich von etwa 10,6 Meter pro Tag auf 12,7 Meter pro Tag an. Auch andere Gletscher in der Nähe zeigten einen erhöhten Eisfluss. Diese Veränderungen werden durch eine Reihe von Faktoren verursacht, darunter die durch den Ozean verursachte Ausdünnung der schwimmenden Schelfeise in Verbindung mit einem Rückzug der Grundlinie.

Eisströme in Grönland

Die Studie zeigt den schnellen Eisfluss mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von bis zu 15 Meter pro Tag von Gletschern und Eisschilden an verschiedenen Punkten rund um den grönländischen Eisschild. Auf halber Höhe der Westküste Grönlands liegt Sermeq Kujalleq, auch bekannt als Jakobshavn-Gletscher, einer der schnellsten Auslassgletscher der Welt mit Geschwindigkeiten von bis zu 50 Meter pro Tag.

Der Nordostgrönländische Eisstrom (NEGIS) ist ebenfalls deutlich auf dem grönländischen Eisschild zu sehen und beginnt weit im Landesinneren an der „Eiswasserlinie”, die als dunkelblaues Band aus fast stagnierendem Eis im Inneren Grönlands dargestellt ist.

Der Datensatz bietet beispiellose räumliche Details mit einer Auflösung von bis zu 200–250 Meter sowie Zeitrahmen für die Verfolgung von Bewegungen von weniger als einer Woche bis zu mehr als einem Jahrzehnt.

Kartierung der Auswirkungen des Klimawandels

Die Eisgeschwindigkeit ist ein wichtiger Parameter für die Messung der Auswirkungen des Klimawandels. Die Geschwindigkeit, mit der sich Gletscher und Eisschilde bewegen, gibt Aufschluss darüber, wie schnell sie Eis und Wasser ins Meer abgeben, was wiederum in Schätzungen zum künftigen Anstieg des Meeresspiegels einfließt. Daten zur Eisgeschwindigkeit helfen auch dabei, das Aufbrechen von Eisschilden zu verfolgen, beispielsweise Kalbungsereignisse oder Schäden an den Eisschilden.

Die Verbesserung der Möglichkeiten zur Überwachung der Eisdynamik ist von entscheidender Bedeutung für die Verfeinerung der Vorhersagen über zukünftige Veränderungen der Eisschilde und Gletscher, ihre Auswirkungen auf den Anstieg des Meeresspiegels und ihre weiterreichenden Auswirkungen auf das Klima.

Der Hauptautor der Studie, Jan Wuite von ENVEO IT, wies auf den Einfluss der Copernicus-Mission Sentinel-1 auf die Überwachung der Eisbewegungen hin. Er sagte: „Vor dem Start von Sentinel-1 stellte das Fehlen konsistenter SAR-Beobachtungen über Polargletschern und Eisschilden ein großes Hindernis für langfristige Klimadaten dar. Heute bieten die daraus resultierenden Geschwindigkeitskarten einen außergewöhnlichen Einblick in die Dynamik der Eisschilde und liefern zuverlässige und wichtige Daten für das Verständnis der Polarregionen in einem sich schnell verändernden globalen Klima.“

Die jährlichen Eisgeschwindigkeitsprodukte für Grönland und die Antarktis werden im Rahmen des Copernicus Climate Change Service (C3S) für den Bereich Kryosphäre, der von ENVEO geleitet wird, operativ erstellt. 

Der zuständige Wissenschaftler des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersagen (ECMWF) für den C3S-Kryosphären-Dienst Joaquín Muñoz Sabater erklärte: „Die Zeitreihen zur Eisgeschwindigkeit für die Antarktis und Grönland sind ein wesentlicher Bestandteil des C3S-Kryosphären-Dienstes und leisten einen wichtigen Beitrag zur Überwachung der Auswirkungen der globalen Erwärmung in einigen der empfindlichsten Regionen der Welt.“

Ein Schrittwechsel in der Polarbeobachtung

Seit dem Start ihres ersten Satelliten im Jahr 2014 hat die Copernicus-Mission Sentinel-1 einen Schrittwechsel in den Fähigkeiten der polaren Satelliten-Erdbeobachtung bewirkt. Ihr 12 Meter langes fortschrittliches SAR-Instrument arbeitet im C-Band. Damit ist es ein zuverlässiges Werkzeug für die Erfassung hochauflösender Bilder für die kontinuierliche Überwachung und Notfallmaßnahmen. Es ist in der Lage, Daten durch Wolkendecken, Rauch und bei fehlendem Sonnenlicht zu erfassen. Nuno Miranda, Sentinel-1-Missionsmanager der ESA, erklärte: „Vor Sentinel-1 mussten für solche Ergebnisse Daten von mehreren Sensoren über mehrere Jahre hinweg kombiniert werden. Mit Sentinel-1 werden diese Ergebnisse nun jährlich und dank wissenschaftlicher Fortschritte sogar monatlich erzielt. Dieser Durchbruch ermöglicht die Überwachung dieser abgelegenen Gebiete mit einer beispiellosen zeitlichen Auflösung. Es handelt sich um ein unverzichtbares Instrument, da 2025 ein weiteres Rekordjahr für die Erwärmung der Arktis ist, wo rasche Veränderungen eine genauere und häufigere Beobachtung erfordern.“

Die Mission hat es erstmals ermöglicht, großflächige, dichte und kontinuierliche Zeitreihen der Polareisgeschwindigkeit für die Klimaforschung zu erstellen. Die Mission hat auch die Anwendung der Interferometrie-SAR (InSAR) zur Ermittlung der Eisgeschwindigkeit in größerem Maßstab als bisher ermöglicht. Sie bietet eine systematische Erfassungsstrategie für die Polarregionen, die eine kontinuierliche Abdeckung der Hauptbereiche der grönländischen und antarktischen Eisschilde sowie anderer Eismassen gewährleistet.

Mit dem Start des vierten Satelliten der Mission – Sentinel-1D – Ende 2025 wird die Fähigkeit der Mission, alle sechs Tage oder weniger regelmäßige Erfassungen über Grönland und der Antarktis zu liefern, wiederhergestellt. Damit werden die vor dem Ausfall von Sentinel-1B bestehenden Fähigkeiten wiederhergestellt und sogar verbessert.

Unter Verwendung des umfangreichen Sentinel-1-SAR-Archivs entwickelten die Autorinnen und Autoren der Studie Algorithmen zur Erstellung detaillierter Karten und dichter Zeitreihen der Geschwindigkeit von Gletschern und Eisschilden, die nun einen Zeitraum von mehr als 10 Jahren umfassen. Die Ergebnisse der Studie zeigen die außergewöhnliche Fähigkeit von Sentinel-1, die Fließgeschwindigkeiten auf Gletschern und Eisschilden umfassend zu überwachen und wichtige Daten für die Eisdynamik und Klimamodellierung zu liefern.

Warum ist das wichtig?

Der Anstieg des globalen Meeresspiegels hängt laut Daten der Weltorganisation für Meteorologie von zwei Hauptfaktoren ab. Diese beiden Faktoren sind die Ausdehnung des sich erwärmenden Wassers in den Ozeanen und das Schmelzwasser aus dem Eis an Land.

Die Eisschilde der Antarktis und Grönlands sind die Hauptquellen für Schmelzwasser aus dem Eis auf dem Land; zusammen enthalten sie genug Eis, um den globalen Meeresspiegel katastrophal anzuheben, wenn sie vollständig schmelzen würden. Der derzeitige Verlust an Eismasse wirkt sich bereits auf Küstenregionen weltweit aus, darunter auch niedrig gelegene Gebiete, die anfällig für Überschwemmungen und Sturmfluten sind.

Diese Studie unterstreicht, wie wichtig Satelliten für das Verständnis und die Vorhersage der sich entwickelnden Risiken durch den Verlust von Eisschilden sind. Es ist das erste Mal, dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine konsistente, kontinentweite Basislinie dafür erstellt haben, wie sich das Eis Grönlands und der Antarktis unter den aktuellen Bedingungen bewegt. Diese Basislinie wird dazu beitragen, eine zukünftige Beschleunigung oder Verlangsamung des Eisflusses zu erkennen.

Ausblick auf die Zusammenarbeit

In Zukunft werden die Daten von Sentinel-1 zusammen mit den SAR-Daten der bevorstehenden Copernicus-Erweiterungsmission ROSE-L verwendet werden. Dadurch wird eine systematische, kontinuierliche Datenerfassung über Grönland und die Antarktis auch in Zukunft gewährleistet.

Thomas Nagler, CEO von ENVEO IT und Mitautor der Studie, fügte hinzu: „Sentinel-1 hat unsere Sicht auf die polaren Eisschilde revolutioniert, indem es kontinuierliche, wetterunabhängige Radarmessungen liefert, die die Eisbewegung in beispielloser Detailgenauigkeit zeigen und den Eisfluss von einer spärlichen Momentaufnahme in einen dynamischen, messbaren Prozess verwandeln. Aufbauend auf diesem Erbe wird die Integration von Sentinel-1 in die bevorstehende ROSE-L-Mission die Beobachtung des Eisflusses weiter verbessern und eine genauere und stabilere Überwachung der Dynamik der Eisschilde ermöglichen.“

Quelle (Englisch): https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-1/Sentinel-1_s_decade_of_essential_data_over_shifting_ice_sheets