Sentinel-4 liefert erste Einblicke in Luftschadstoffe

Die neue Copernicus-Mission Sentinel-4 hat ihre ersten Bilder geliefert, die Konzentrationen von Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Ozon in der Atmosphäre zeigen. Obwohl es sich um vorläufige Bilder handelt, stellen sie einen wichtigen Meilenstein für die Fähigkeit Europas dar, die Luftqualität aus einer geostationären Umlaufbahn in 36 000 Kilometern Höhe über der Erde zu überwachen.

Bild: contains modified Copernicus Sentinel data (2025), processed by IUP-Bremen/DLR/ESA

Das im Juli 2025 gestartete Ultraviolett-Sichtbar-Nahinfrarot-Spektrometer Sentinel-4 ist auf dem ersten Meteosat-Satelliten der dritten Generation untergebracht. Diese Dual-Mission-Architektur ermöglicht eine effiziente Nutzung des Satelliten, indem sie meteorologische und atmosphärische Überwachungsfunktionen auf einer einzigen Plattform vereint.

Das Sentinel-4-Spektrometer befindet sich noch in der Inbetriebnahmephase für seine Betriebsdauer – daher sind die ersten Bilder, nur ein erster Vorgeschmack auf das, was noch kommen wird. Sentinel-4 misst das von der Erdoberfläche und der Atmosphäre reflektierte Sonnenlicht und löst dabei spektrale Signaturen oder „Fingerabdrücke“ von Spurengasen und Aerosolen in der Atmosphäre auf.

Im Gegensatz zu anderen Satellitensensoren, die die Erde in geringerer Höhe von Pol zu Pol umkreisen, arbeitet Sentinel-4 in einer geostationären Umlaufbahn und beobachtet kontinuierlich dieselbe Region – Europa und Nordafrika – von einer festen Position aus. Von diesem Aussichtspunkt aus kann Sentinel-4 jede Stunde dieselbe Region scannen und liefert nahezu in Echtzeit Aktualisierungen zu wichtigen Bestandteilen der Atmosphäre.

Ben Veihelmann, Wissenschaftler der Sentinel-4-Mission der ESA, erklärte: „Sentinel-4 ist die erste europäische Mission, die stündliche Luftqualitätsbeobachtungen liefern wird. Durch die Erfassung schneller Veränderungen der Luftverschmutzung ist Sentinel-4 ein Meilenstein für die Überwachung und Vorhersage der Luftqualität über Europa.“

Sobald das Instrument in Betrieb ist, wird es regelmäßig die Konzentrationen von Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid, Ozon, Formaldehyd, Glyoxal und Aerosolen kartieren. Diese Daten werden in den Copernicus-Atmosphärenüberwachungsdienst eingespeist. In der Zwischenzeit hat die Mission bereits einige Teaser geliefert, die alle auf den ersten Messungen vom 8. Oktober basieren.

Didier Martin, Projektleiter für Sentinel-4 bei der ESA, sagte: „Wir sind sehr glücklich über diese ersten vorläufigen Ergebnisse, und mein Dank gilt allen, die an der Mission beteiligt sind. Erstens, und das ist wohl das Wichtigste, bestätigen sie, dass Sentinel-4 in gutem Zustand ist und dass die Kalibrierung und die Datenverarbeitungsketten auf dem richtigen Weg sind. Das bedeutet im Wesentlichen, dass sie auf dem besten Weg ist, Europas erste Mission zu werden, die stündliche Messungen von Luftschadstoffen auf dem gesamten Kontinent liefert.“

Das erste Bild zeigt troposphärisches Stickstoffdioxid mit deutlichen Verschmutzungs-Hotspots entlang der Mittelmeerküste und über der italienischen Poebene. Es ist zu beachten, dass Sentinel-4 kein Stickstoffdioxid über bewölkten Gebieten messen kann, weshalb das Bild in bestimmten Bereichen der Karte keine Konzentrationen anzeigt. 

Als wichtiger Luftschadstoff, der bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, beispielsweise in Fahrzeugmotoren, Kraftwerken und Heizungsanlagen, freigesetzt wird, kann sich die Konzentration von Stickstoffdioxid schnell ändern. Es ist nicht nur selbst giftig, sondern trägt auch zur Bildung sekundärer Schadstoffe wie Ozon und Feinstaub bei, die beide schwerwiegende Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt haben. Das Bild wurde mit Beiträgen des Instituts für Umweltphysik der Universität Bremen und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt erstellt.

Das zweite Bild zeigt die vertikale Säulendichte von Schwefeldioxid. Eine deutliche Wolke ist zu sehen, die aus dem Ätna in Italien aufsteigt und über das Meer in südöstlicher Richtung driftet. Während der Ätna derzeit relativ ruhig ist, werden in Zeiten erhöhter vulkanischer Aktivität in der Regel viel größere Wolken beobachtet.

Neben den natürlichen Emissionen von Vulkanen wird Schwefeldioxid auch durch menschliche Aktivitäten freigesetzt, insbesondere durch Schiffe, die hochschwefelhaltige Kraftstoffe verbrennen, und durch Kraftwerke, die Braunkohle verwenden. Schwefeldioxid ist an sich giftig und trägt zur Bildung von sekundären Schadstoffen wie Feinstaub bei, die erhebliche Gesundheits- und Umweltrisiken darstellen. Das Bild wurde mit Beiträgen des Königlich-Belgischen Instituts für Weltraum-Aeronomie und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt bearbeitet.

Das dritte Bild zeigt eine vertikale Ozonsäule. Während Ozon in der Stratosphäre eine wichtige Rolle beim Schutz des Lebens auf der Erde vor schädlicher UV-Strahlung spielt, wirkt Ozon in der unteren Atmosphäre als Schadstoff, der zu schlechter Luftqualität und Atemwegsproblemen beiträgt.

Die Ozonwerte liegen hier insgesamt im erwarteten Bereich. Die großräumige Verteilung mit einem Maximum über dem Balkan und Griechenland und einem Minimum über dem Baltikum stimmt mit den Mustern überein, die am selben Tag von älteren Instrumenten wie GOME-2 auf den MetOp-Satelliten und Tropomi auf dem Sentinel-5-Precursor-Satelliten erfasst wurden. Das Bild wurde mit Beiträgen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt verarbeitet.

Das letzte Bild, das Europa und einen Teil Nordafrikas zeigt, basiert auf den ersten von Sentinel-4 gemessenen Strahlungsspektren der Erde. Die Messungen wurden in Falschfarben verarbeitet, wobei Rot, Grün und Blau zugewiesen wurden, und zeigen wie erwartet Land, Ozean und Wolken.

Simonetta Cheli, Direktorin der Erdbeobachtungsprogramme der ESA, sagte: „Wir sind sehr stolz darauf, gemeinsam mit unseren wichtigsten Partnern – der Europäischen Kommission und Eumetsat – sowie unseren engagierten Teams aus der Industrie zu dieser wichtigen Mission beitragen zu können. Dies ist ein eindrucksvoller Beweis für die Kraft der Zusammenarbeit.

„Die Mission befindet sich noch in der Inbetriebnahmephase, aber diese ersten Ergebnisse zeigen deutlich, dass alles gut funktioniert. Diese ersten Einblicke sind äußerst ermutigend.

Wir freuen uns nun darauf, dass Copernicus Sentinel-4 in den kommenden Monaten voll einsatzfähig wird und dass seine Daten die Bewertung der Luftqualität verbessern und wichtige Informationen für die Vorhersage der Luftverschmutzung liefern werden.“

Quelle (Englisch): https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-4/Sentinel-4_offers_first_glimpses_of_air_pollutants