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Abb. 1.20
Der Ende 1999 von der NASA gestartete Satellit Terra trägt das japanische Instrument ASTER (Advanced Spaceborne Thermal
Emission and Reflection Radiometer), dessen Daten häufig für die Exploration verwendet werden. © NASA.
Deutlich mehr bietet die multispektrale Fernerkundung (Van
der Meer et al. 2012, Brandmeier 2010, Rowan & Mars 2003,
Yamaguchi & Naito 2003, Sabins 1999). Dabei geht es um die von
der Erdoberfläche abgegebene Strahlung, eine Mischung aus re-
flektiertem Licht und solchem, das ein wenig in die Materie ein-
gedrungen ist und Teile seines Spektrums durch Absorption
verloren hat. Entsprechende Daten haben zunächst die Landsat-
Satelliten (vor allem mit dem Landsat Thematic Mapper) ge-
liefert, seit dem Start des Satelliten Terra Ende 1999 wird vor
allem auf die Daten des in Japan gebauten Instruments ASTER
zurückgegriffen (
.
Abb. 1.20
). Im Prinzip geht es um etwas
Ähnliches wie bei einem Foto: Bei einem digitalen Foto besteht
jedes Pixel aus drei Kanälen, Rot, Grün und Blau (RGB), deren
Helligkeitswerte die Farbe festlegen. Die drei Kanäle entsprechen
drei Wellenlängen, die zwar nur kleine Ausschnitte aus dem
Lichtspektrum darstellen, aber ausreichend sind, um von unse-
rem Auge als Farbe wahrgenommen zu werden. Bei der multi-
spektralen Erkundung wird stattdessen die elektromagnetische
Strahlung in einer ganzen Reihe von Kanälen mit bestimmter
Wellenlänge registriert, und zwar nicht nur im Bereich von sicht-
barem Licht, sondern auch für Infrarot. ASTER hat drei Kanäle
im Bereich von sichtbarem Licht und nahem Infrarot (»VNIR«),
sechs Kanäle im kurzwelligen Infrarot (»SWIR«) und fünf
Kanäle im langwelligen Infrarot (»TIR«), wobei die Wellen-
längen der Kanäle für unsere Zwecke günstig gewählt sind. Es
gibt auch Geräte, die stattdessen den interessanten Bereich des
Spektrums mit einer großen Zahl von Kanälen mehr oder weni-
ger kontinuierlich abdecken (»hyperspektral«). Bisher werden
diese vor allem von Flugzeugen aus eingesetzt, weil bei Satelliten
die große Datenmenge und das Rauschen noch zum Problem
werden, sie dürften aber in Zukunft wichtiger werden.
Das Licht wird von verschiedenen Mineralen unterschiedlich
absorbiert. Dabei wirken sich insbesondere Übergangsmetalle
wie Eisen und Hydroxylgruppen (OH
-
) aus. Daher können wir
auf Falschfarbenbildern (
.
Abb. 1.21
), die aus geeigneten Ka-
nälen zusammengesetzt wurden, einen Eindruck bekommen,
welche Minerale beziehungsweise Gesteine an der Erdoberfläche
liegen. Die einfachste Möglichkeit wäre, den RGB-Kanälen eines
Monitors je einen Kanal des Sensors zuzuordnen, bessere Ergeb-
nisse bekommt man jedoch, wenn geeignete Kanäle vorher divi-
diert werden (
ratio images
). In Kombination mit einer entspre-
chenden Feldarbeit vor Ort lassen sich damit schnell detaillierte
geologische Karten erstellen.
Mit mathematischen Verfahren wie der Hauptkomponenten-
analyse (engl. PCA) oder der Berechnung sogenannter Mineral-
Indizes (MI) können aus den Daten sogar Karten erstellt werden,
die Gebiete mit einem hohen Gehalt bestimmter Minerale her-
vorheben. Mit den ASTER-Daten können zum Beispiel Pixel für
Pixel, allerdings mit einer gewissen Unsicherheit, Tonminerale
(z. B. Kaolinit und Illit), Glimmer, Chlorit, verschiedene Eisen-
oxide, Karbonate (z. B. Kalzit, Dolomit) und Sulfate (z. B. Alunit,
Baryt) unterschieden werden. Im Einzelfall sollte man das Er-
gebnis aber vor Ort überprüfen.
Mit noch komplexeren Algorithmen und einer entspre-
chenden Kalibrierung kann das gemessene Spektrum für jedes
Pixel mit einer ganzen Datenbank von Spektren unterschied-
licher Minerale verglichen werden, was zum Teil sogar eine
quantitative Abschätzung des Mineralgehalts ermöglicht. Das
funktioniert umso besser, je mehr Kanäle gemessen worden
sind.
In Gebieten mit dichter Vegetation ist diese Methode leider
stark eingeschränkt. Es ist aber möglich, die Schädigung der
