Von Flüssen transportierte terrestrische Sedimente sind für Küstenökosysteme und die Lebensgrundlage der Menschen von entscheidender Bedeutung. Allerdings sind herkömmliche Methoden, sowohl In-situ-Messungen als auch die Fernerkundung mit Satellitenbildern, nur begrenzt in der Lage, räumlich umfassende und zeitlich kontinuierliche Bewertungen der Sedimentdynamik zu liefern. Die Satellitenmissionen GRACE und GRACE Follow-On haben das Potenzial, die Sedimentation großer Flüsse zu beobachten. Moderne Datenverarbeitungstechniken für sorgfältige Schwerkraftkorrekturen, und die Verlängerung von Satellitenmissionen zur Schwerkraftmessung haben die Erkennung von Sedimentsignalen in GRACE/-FO-Daten erleichtert.
Earthu H. Oh, Seoul National University, Südkorea
Sedimenttransport durch große Flüsse
Flüsse sind integrale Bestandteile des Wasserkreislaufs und fungieren als Transportwege für verwittertes Material (sogenanntes „Sediment“) vom bergigen Hochland zu den Ozeanen. Die Menge an Flusssedimenten wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst; insbesondere besteht eine allgemeine Korrelation zwischen Sedimentabfluss und Flussgröße, da starke Niederschläge zu einer starken chemischen Verwitterung führen. Daher konzentriert sich der Sedimentabfluss in der Regel auf große Flusssysteme in Regionen mit niedrigen Breitengraden. Sedimente, die aus dem Hochland in den Ozean gelangen, werden auf mehrere zehn Gigatonnen geschätzt. Sie haben die Küstenmorphologie, die Wasserqualität und die Nährstoffversorgung beeinflusst und damit Auswirkungen auf die Meeresökosysteme und verschiedene Aspekte des menschlichen Lebens.
Trotz ihrer Bedeutung war es aufgrund der diskontinuierlichen und unvollständigen Messungen schwierig, den Sedimentaustrag und die Sedimentation genau zu schätzen. Die Feldforschung ist häufig durch räumlich-zeitliche und wirtschaftliche Einschränkungen begrenzt, und die Fernerkundung durch Satellitenbilder konzentriert sich hauptsächlich auf die Schwebstofffracht, sodass der gesamte Sedimentaustrag weitgehend unbekannt bleibt.
Erfassung von Flusssedimenten mit GRACE-Satelliten
Die GRACE- und GRACE-Follow-On-Missionen haben direkte Informationen über oberflächennahe Massenveränderungen geliefert. In den Küstenregionen deutet die von GRACE/-FO erfasste Gesamtmassenänderung auf eine Kombination aus geglätteten Signalen verschiedener Quellen hin, die als terrestrische und ozeanische Massenvariationen, Verformungen der festen Erde (z. B. Erdbeben) und Ablagerung von Flusssedimenten zu erwarten sind.
Sedimentationssignatur des Amazonas
Das Amazonasbecken ist mit einer Fläche von etwa 5.900.000 km² und einer Ausdehnung von 5° nördlicher Breite bis 20° südlicher Breite und 80° westlicher Länge bis 50° westlicher Länge das größte Flusssystem der Welt. Feldstudien haben ergeben, dass jährlich etwa 1 Gigatonne Sedimente an die Amazonasküste transportiert und vor der Küste abgelagert werden. Die Sedimentationsrate kann auf der Grundlage der oben beschriebenen Massenbilanz berechnet werden, wobei erdbebenbedingte Signale der festen Erde vernachlässigbar sein können, da die Amazonas-Küste auf einer tektonisch stabilen Kruste liegt.
Die Residuen, die durch Subtraktion von Land- und Ozeansignalen von der Gesamtmasse der Oberfläche erhalten werden, enthalten neben Sedimentsignalen aufgrund der kombinierten Effekte der GRACE/-FO-Orbitkonfiguration und des unvollkommenen Korrekturmodells (AOD1B) immer noch erhebliche Störungen. Zur Minderung dieser Probleme ist eine weitere zeitlich-räumliche Filterung, wie z. B. eine EOF-Analyse (Empirical Orthogonal Function), erforderlich. Durch sorgfältige und aufeinanderfolgende Korrekturen kann der relativ geringe Sedimentanteil innerhalb der Gesamtmassensignale aufgedeckt werden, der von Juni 2002 bis Mai 2023 auf 1,301 Millionen Tonnen pro Jahr geschätzt wird und 12,6 % des regionalen GRACE/-FO-Massentrends in der Nähe der Amazonas-Mündung ausmacht.
Die mit dem Sedimentaustrag verbundenen Schwerkraftsignale sind relativ schwächer als die von anderen Land- oder Ozeanmassenveränderungen und liegen nahe an der Nachweisgrenze, was die entsprechenden Studien vor Einschränkungen stellt. Die Ausweitung von GRACE-FO-Satelliten-Schwerkraftmissionen und zukünftigen Missionen wie Mass-Change und Geosciences International Constellation (MAGIC) könnte jedoch eine detailliertere Fernerkundung von Sedimentationsprozessen ermöglichen. Diese Fortschritte könnten unser Verständnis des Sedimenttransports und der Landschaftsentwicklung verbessern, aber auch genauere Einblicke in die GRACE-Datenanalyse ermöglichen.
Literaturhinweise
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Oh, E. H., Seo, K. W., Jeon, T., Eom, J., Chen, J., Wilson, C. R. Sediment accumulation at the Amazon coast observed by satellite gravimetry. Remote Sensing of Environment 321, 114688 (2025). DOI: 10.1016/j.rse.2025.114688.