SWOT-Satellit zeigt: Flüsse schwanken weltweit weniger als gedacht

Flüsse sind nie wirklich statisch: Nach Regen steigen sie, in Trockenphasen fallen sie, und Schneeschmelze, Staudämme sowie Hitze verändern ihren Verlauf und ihre Pegel. Eine neue, ein Jahr umfassende Auswertung aus dem All deutet jedoch darauf hin, dass diese Ausschläge weltweit geringer ausfallen könnten, als Forschende lange angenommen haben.

Dabei transportieren Flüsse nicht nur Wasser bergab. Sie prägen Landwirtschaft, Städte, Schifffahrtsrouten, Auenlandschaften und die Trinkwasserversorgung.

Über viele Jahre mussten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Flussveränderungen aus Modellen, vereinzelten Pegelmessstellen und einzelnen Satellitenhinweisen zusammensetzen. Inzwischen lässt sich ein grosser Teil des Oberflächenwassers der Erde deutlich detaillierter beobachten.

Globale Flussvermessung

Eine neue Studie auf Basis von Daten der Mission zur Topografie von Oberflächenwasser und Ozeanen (SWOT) untersuchte, wie sich Flussvolumina weltweit verändern.

Demnach nahmen Flüsse zwischen Oktober 2023 und September 2024 insgesamt um fast 83 Billionen Gallonen (313 Kubikkilometer) Wasser zu und wieder ab. Diese Schwankung lag rund 28% unter den bislang niedrigsten früheren Schätzungen.

SWOT ist ein gemeinsames Vorhaben unter Führung der NASA und der französischen Raumfahrtagentur CNES; das Team, das diese Auswertung erstellt hat, arbeitet am NASA-Laboratorium für Strahlantrieb (JPL) in Südkalifornien.

Allerdings ist das Ergebnis mit einer wichtigen Einschränkung verbunden: Im Amazonasbecken herrschte in diesem Zeitraum eine Rekorddürre, die den globalen Gesamtwert wahrscheinlich nach unten gedrückt hat.

Trotzdem liefern die Messungen einen der bislang klarsten Einblicke darin, wie Flüsse im Zeitverlauf anschwellen und wieder schrumpfen. Zudem eröffnen sie einen neuen Ansatz, um die verborgene Form von Flussrinnen zu untersuchen.

Was der Satellit beobachtet hat

SWOT wurde 2022 gestartet und unterscheidet sich von früheren Missionen, weil er nicht nur den Ozean, sondern auch fast alle Seen und Flüsse der Welt mit sehr hoher Präzision erfassen kann.

Dabei bestimmt der Satellit nicht direkt das absolute Volumen eines Flusses. Stattdessen registriert er Veränderungen von Breite, Oberflächenhöhe und Gefälle.

Das ist ein wesentlicher Fortschritt. Früher mussten Hydrologinnen und Hydrologen den Wasserspeicher eines Flusses häufig abschätzen, indem sie die Höhenmessung eines Systems mit der Breitenabschätzung eines anderen kombinierten – oder sich stark auf Computermodelle stützten.

SWOT erfasst beides gleichzeitig: Möglich macht das sein Ka-Band-Radarinterferometer namens KaRIn. Es sendet Mikrowellen zur Wasseroberfläche, fängt das Echo wieder auf und misst die Zeit, die das Signal für den Rückweg benötigt.

Ein Jahr mit Anstieg und Rückgang

Für die Studie wurden nahezu 1.6 million observations ausgewertet; betrachtet wurden über 12 Monate hinweg etwa 127,000 river segments.

Die grössten Ausschläge zeigte der Amazonas: Über das Jahr hinweg gewann und verlor er mehr als 45 Billionen Gallonen (172 Kubikkilometer).

Das entspricht einer Wassermenge, die den gesamten US-Bundesstaat Kalifornien mit mehr als einem Fuss (0.3 meters) Wasser bedecken würde.

Ganz anders fiel das Bild beim Nil aus. Obwohl er der längste Fluss der Welt ist, schwankte er deutlich weniger als erwartet – mit Veränderungen von nur 2.2 Billionen Gallonen (8.5 Kubikkilometer).

Als mögliche Gründe nennen die Forschenden mehrere Faktoren, darunter Stauanlagen stromaufwärts, starke Dürre sowie die Tatsache, dass die wissenschaftliche Nutzung eines neuen Instruments noch weiter optimiert werden muss.

Flussbetten aus dem All erkennen

Die Datensätze dienen nicht nur dazu, saisonale Veränderungen zu verfolgen. Sie helfen Forschenden auch dabei, die Form von Ufern und Flussbetten zu kartieren – etwas, das vor Ort erstaunlich schwierig ist.

Viele Flüsse liegen abgelegen. In manchen Regionen gibt es nur wenige Pegel, und Vermessungen per Boot sind schwierig oder gar nicht möglich.

Dadurch bestehen grosse Lücken beim grundlegenden Verständnis, wie schnell Flüsse fliessen und wie Niederschlag sowie Schneeschmelze in die Gewässer gelangen.

Diese fehlenden Informationen wirken sich auf praktische Entscheidungen aus: Die Gestalt eines Flusskanals beeinflusst Überflutungen, Navigation, Erosion und auch, wie sich Wasser über eine Aue verteilt.

Mit den neuen Beobachtungen können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beginnen, Rinnen als konkav oder konvex, steil oder sanft, stabil oder stark wechselhaft zu erkennen.

Flüsse mit extremen Schwankungen

Beim Amazonas, Mississippi, Orinoko, Jangtse, Ganges, Mekong und Jenissei unterschieden sich die beobachteten Wasserstände zwischen Hoch- und Tiefpunkt um mehr als 32 feet (9.7 meters).

Solche Auf-und-ab-Bewegungen zeigen, wie Wasser durch grosse Flusssysteme wandert und wie diese Systeme mit den angrenzenden Landflächen zusammenwirken.

Gleichzeitig macht es deutlich, weshalb eine globale Perspektive wichtig ist: Flüsse verhalten sich nicht auf jedem Kontinent gleich.

Klima, technische Eingriffe im Oberlauf, die Grösse von Überschwemmungsflächen und die lokale Geografie bestimmen, was sich im Verlauf eines Jahres abspielt.

Die Zukunft der Flussüberwachung

Seit Jahren wünschen sich Forschende eine derartige Gesamtbilanz, weil Flüsse im Zentrum des Wasserkreislaufs stehen. Sie verbinden Regen, Schnee, Grundwasser, Feuchtgebiete, Landwirtschaft, Ökosysteme und das Meer.

Präzisere Messungen durch satellitengestützte Flussdaten können Hochwasservorhersagen, Wassermanagement und Klimaforschung verbessern. Ausserdem erhalten Regionen mit wenig Messinfrastruktur am Boden dadurch endlich konsistente Daten.

„We’re starting to untangle some of the really tough questions SWOT was built for. This is just the beginning,“ sagte Cedric David, der das SWOT-Forschungsteam leitet, das die Arbeit durchgeführt hat.

„The implications go far beyond hydrology and will help us understand how water moves through the global Earth system,“ sagte Arnaud Cerbelaud, Postdoktorand am JPL und Co-Leiter der Studie.

Die Informationen wurden einer Pressemitteilung des NASA-Laboratoriums für Strahlantrieb (JPL) entnommen.