Lehrerinfos zum Kit 4: Afrika - ein Kontinent mit vielen Gesichtern
Satellitenbildern aus multispektralen Messwerten eröffnen viele Forschungsansätze;
Vegetation und Klima erkunden

Das Themenset Nr. 4 ist einer näheren Untersuchung Afrikas gewidmet. Dabei geht es insbesondere um die Auseinandersetzung mit den natürlichen Lebensräumen dieses Kontinents. Somit wird das Thema in erster Linie aus kontinentaler Sicht behandelt, was jedoch eine Kombination mit Dokumenten, die einen regionalen Ansatz verfolgen, nicht ausschließt.

Das Themenset bietet folgende Möglichkeiten:

• Erkennen der großen natürlichen Lebensräume des afrikanischen Kontinents;
• Analyse der Klimazonen Afrikas;
• Unterrichtsideen: Klima in Bildern entdecken, Vegetationszonen, Klimazonen und Strahlungshaushalt, Lebensraum und Bodennutzung

Die Klimazonen Afrikas

Afrika ist der heißeste Kontinent. Der Äquator läuft praktisch durch seine Mitte, was erklärt, dass der größte Teil des Kontinents in den Tropen liegt, in denen niemals Winter ist. In den Gebieten um den nördlichen und den südlichen Wendekreis liegen die Subtropen mit der Passatwindzone, teilweise auch als Gebiet mit Mittelmeerklima bezeichnet. Die Winter sind feucht, während die Sommer von Wassermangel geprägt sind, der Flüsse und Bäche zu kleinen Rinnsalen schrumpfen lässt.

Die Passatwinde aus dem Indischen Ozean, die für eine Abkühlung der Temperaturen sorgen könnten, werden von den Bergen an der afrikanischen Ostküste aufgehalten. Die niederschlagsreicheren Berge der Küstengebiete sind durch Dickichte und Buschwälder gekennzeichnet. Die Luftmassen regnen sich an diesen Hindernissen ab, so dass Afrika trotz seiner weitläufigen Regenwälder im Innern des Kontinents insgesamt gesehen weniger feucht ist als Asien.

Im Gebiet der Wendekreise liegen die Sand- und Steinwüsten der Sahara und Namibias mit einer Niederschlagsmenge von weit unter 250 mm pro Jahr. Sie sind praktisch vegetationslos. Die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht sind groß (Tageszeitenklima), da tagsüber eine starke Sonneneinstrahlung herrscht, während nachts wegen der geringen Luftfeuchtigkeit die bei Tag aufgenommene Energie als Wärme in den Weltraum wieder abgestrahlt wird.

Die trockenen Tropen sind mit dornigem Buschland überzogen. Hier fällt nur unregelmäßig Niederschlag, sodass keine wirklich feuchte Jahreszeit existiert. Hierin liegt der große Unterschied zu Regionen mit wechselfeuchtem Tropenklima, in denen es im Sommer regelmäßig regnet und die von einer Grassavanne bedeckt sind, in der die Bäume in dem Maße zunehmen, wie das Äquatorialklima an Einfluss gewinnt. Entlang der Wasserläufe sind sogenannte Galleriewälder anzutreffen.

Äquatorialafrika ist mit dichten Wäldern bedeckt, in denen manche Baumarten bis zu 60 m hoch werden. Hier ist das Klima das ganze Jahr über von Hitze und Feuchtigkeit geprägt. Die Niederschlagsmenge kann 4 m pro Jahr übersteigen!

Klimaunterschiede in den Tropen sind das Ergebnis der zunehmenden Entfernung vom Äquator, der Topografie der jeweiligen Gebiete sowie kalter und warmer Strömungen an den Küsten.

Deckblatt

Aufnahme Deckblatt: Das Satellitenbild der Erde

Diese Aufnahme zeigt die Landbedeckung und die Topografie der Erde.

Bei den Kontinenten fallen Größe und Form Afrikas und dessen Besonderheit der Sahara besonders ins Auge.

Für die Erstellung dieses Satellitenbildes der Erde wurden Ergebnisse des MERIS-Instruments auf Envisat benutzt. MERIS ist ein abbildendes Spektrometer mit einer mittleren räumlichen Bodenauflösung von 300 m und 15 Spektralbändern im sichtbaren und nahen Infrarotbereich. Damit ist der Sensor insbesondere zur Beobachtung der großflächigen Vegetation geeignet.  Der Aufnahmestreifen von MERIS hat eine Breite von 1 150 km, so lässt sich die ganze Erde in 3 Tagen abdecken.

Dieses Satellitenbild der Erde wurde aus Teilaufnahmen ohne Wolkendecke zusammengesetzt, die innerhalb eines Monats entstanden waren. Dabei wurden die Ozeane, über denen sich meist große Wolkenmassen befinden, nicht mit berücksichtigt; sie wurden deshalb hier schwarz dargestellt.

Zentrale Frage zu diesem Satellitenbild-Mosaik: Welche jahreszeitliche Situation wird im Bild dargestellt?

Mittelteil

Bild Nr. 1: Afrika

Diese Aufnahme von Afrika ist ein Ausschnitt des auf dem Deckblatt abgebildeten Satellitenbild-Mosaiks.

Bilder Nr. 2, 4, 5, 6, 7: Fünf repräsentative Landschaften aus den Klimazonen Afrikas

Diese Fotos wurden nummeriert, um sie den verschiedenen Lebensräumen, Landschaften und den fünf auf der Satellitenaufnahme angegebenen Städten zuordnen zu können.

Bild Nr. 3: Die Casamance

Das eingerahmte Satellitenbild zeigt die Casamance, eine Region im Senegal. Es handelt sich um eine der ersten Aufnahmen von Envisat vom 22. März 2002. Der Übergang von Savanne zu tropischer Vegetation und der Schlamm- oder Sedimenttransport der Flüsse in Richtung Meer sind deutlich zu erkennen. Solche Aufnahmen liefern wertvolle Informationen über die Bodenentwicklung und Erosion.

Bild Nr. 9: Temperaturen und Niederschläge (fünf Grafiken)

Hier sind die Klimadiagramme der auf dem Hauptbild zu sehenden Städte dargestellt.

Bilder Nr. 10 und 11: Afrikanische Vegetation im Wechsel der Jahreszeiten (ESA)

Anhand des Unterschieds zwischen der Reflexion im sichtbaren und nahinfraroten Licht kann die Photosynthese gemessen werden. Der NDVI (Normalized Difference Vegetation) nutzt diese Möglichkeit und berechnet aus dem Nahen Infrarot und dem roten Licht für jeden Bildpunkt einen Zahlenwert, der angibt, wie stark das Wachstum von Pflanzen ist. Diese Werte zwischen -1 und +1 ergeben dann zusammen die sog. NDVI- oder Wachstumskarten. Nur bei Werten über 0,35 kann man von Wachstum sprechen. Man fand heraus, dass in den gemäßigten Breiten dieser Grenzwert anzeigt, wann das Frühjahr einzieht.

Weiter fand man heraus, dass sich kleinräumig sogar die neu entstehende Biomasse pro Hektar in Kilogramm bestimmen lässt, wenn man Kontrollgebiete am Boden in Analyse und Berechnung mit einbezieht.

Auf diese Weise können Aufnahmen, die in kurzem zeitlichen Abstand entstanden sind, auch Aufschluss geben über Trockenheitsphänomene und Ernteeinbußen.

Seite 5 – Das Niltal

Bild Nr. 12: Das Niltal und das Rote Meer

Aufnahme des Satelliten Envisat (MERIS-Instrument). Die Auflösung von MERIS beträgt 300 m.

Bild Nr. 15: Detailansicht des Niltals

Der Nil, 300 km flussaufwärts von Kairo. Dieses Falschfarbenbild entstand aus Daten des Satelliten SPOT-5 mit einer Auflösung von 5 m. Dank der hohen Auflösung sind zahlreiche Details wie die verschiedenen Anbaufelder erkennbar. Im Niltal konzentrieren sich bewässerte Kulturen und Wohngebiete (grünlich-grau). Auch Wege, Straßen und Bewässerungskanäle sind gut zu erkennen. Dort, wo der Seitenkanal in den Fluss mündet, ist am Ufer die Stadt Assiout zu sehen. Der Wechsel von Fels und Sand erklärt die Farbunterschiede von gelb bis hellbraun.

Die verschiedenen Satelliten ergänzen sich in ihren Leistungen hervorragend. So stellen einige Aufnahmen Informationen über Ozeane, Kontinente, Vegetation und Atmosphäre bereit und benötigen somit eine große Aufnahmebreite, z.B. MERIS mit einer Auflösung von 300m. Im Gegensatz dazu bieten höher auflösende Bilder wie die Aufnahmen des Satelliten Spot detaillierte Aussagen über Strukturen einer Region, wie Verkehrslinien, Flüssen, etc.

Seite 6 – Die Funktionen von Erderkundungssatelliten

Bild Nr. 16: Drei Satellitenbilder des Nildeltas

Diese drei Bilder entstanden aus den MERIS-Daten von Envisat. Die 15 Spektralbänder liefern unterschiedliche Information. Beispiele: Grünes Licht zeigt uns Vegetation, wie wir sie mit dem Auge wahrnehmen. Rotes Licht zeigt uns Böden, Sportplätze etc. Blaues Licht zeigt uns u.a. oft Wasserflächen oder Dunst in der Atmosphäre. Nahes Infrarot liefert Daten über pflanzliches Wachstum. Mittleres Infrarot liefert Information z.B. über Mineralien im sichtbaren Boden. Aus je drei dieser Lichtmesswerte lassen sich Farbbilder, sog. Farbkomposite erstellen. Je nach Wahl der sog. Kanäle lassen sich die Bilder dann unterschiedlich interpretieren.

Hier drei Bilder zum Nildelta: Das linke Bild zeigt unterschiedliche Vegetationszonen des Nildeltas, das mittlere Bild zeigt die vom Fluss ins Meer geschwemmten Sedimente, das rechte Bild zeigt in Blau die Feuchtgebiete in Küstennähe (Sumpf und Reisanbau), Flussarme und Kanäle sowie Städte und dichter besiedelte Gebiete. Kairo ist als dunkler Fleck im Süden zu erkennen.

Bild Nr. 17: Satelliten fangen das von der Erde reflektierte Sonnenlicht auf – Schema

Dieses Schema erklärt das Prinzip „passiver“ Satelliten, die das von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenlicht messen. Nur beim thermischen Infrarot handelt es sich primär um das Licht, das die Erdoberfläche selbst abstrahlt. Das Sonnenlicht erwärmt über das sichtbare Licht den Boden, der dann selbst Wärmestrahlung abgibt. Dieser Fall ist im Schema nicht dargestellt. Meteosat-Nachtaufnahmen zeigen aber gerade diesen Effekt. Die Instrumente passiver Satelliten zeichnen also nicht nur das von der Erde reflektierte Sonnenlicht auf, sondern auch die von der Erde selbst abgegebene Strahlung sowie die Rückstreuung des Lichts durch die Atmosphäre. Letzteres erschwert die Erdbeobachtung.

Ein ähnliches Schema, das die Funktionsweise „aktiver“ Satelliten erklärt, die ein Radarsignal aussenden und dessen Echo empfangen, ist im folgenden Themenset aufgeführt (Themenset Nr. 5 – „Asien und der Reisanbau“).

Unterrichtsideen

Level 1, Jgst. 5 und 6:

- zum Kit
- zum Thema Weltbevölkerung und Tragfähigkeit der Erde
- zum Thema Umweltbelastung

Level 2, Jgst. 7 mit 9:

- zum Kit
- zum Thema Weltbevölkerung und Tragfähigkeit der Erde
- zum Thema Umweltbelastung

Level 3, Jgst. 10 mit 12:

- zum Kit
- zum Thema Weltbevölkerung und Tragfähigkeit der Erde
- zum Thema Umweltbelastung