Forscher der Universität Kopenhagen und der NASA haben eine Methode entwickelt, die inzwischen mehrere Milliarden Bäume und ihre Kohlenstoffaufnahme in der afrikanischen Sahelzone kartiert hat. Künftig könnte mit der Methode überwacht werden, ob sich Klimakreditkäufe positiv auf die Anzahl der Bäume auswirken und ob die Wiederherstellung der Natur funktioniert.
Der Ablasskauf für CO2-Emissionen gewinnt bei Weltkonzernen an Fahrt. Emissionsgutschriften ermöglichen es Unternehmen, eine bestimmte Menge CO2 im Austausch dafür zu emittieren, dass das Treibhausgas an anderer Stelle in Form von gepflanzten oder nicht gefällten Bäumen neutralisiert wird.
Aber bei Milliarden und Abermilliarden von Bäumen auf der ganzen Welt ist es, gelinde gesagt, schwierig, den Überblick darüber zu behalten, wie viele hinzukommen und wie viele verschwinden. Jetzt haben Forscher der Fakultät für Geowissenschaften und Management natürlicher Ressourcen und der Fakultät für Informatik der Universität Kopenhagen in Zusammenarbeit mit der amerikanischen Weltraumbehörde NASA eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, die Anzahl der Bäume auf riesigen Landstrichen zu zählen Berechnen Sie, wie viel Kohlenstoff in jedem Baum gebunden ist.
Die Studie ist gerade erschienen in Natur. Die Methode ermöglichte es den Forschern, 9,9 Milliarden Bäume zu zählen und zu messen, wie viel Kohlenstoff in der halbtrockenen Sahelzone gespeichert ist, einem Landgürtel, der sich über Nordafrika vom Atlantik bis zum Roten Meer erstreckt. Die Analyseregion umfasste etwa 10 Millionen Quadratkilometer.
Laut Professor Rasmus Fensholt, der maßgeblich an der Forschung beteiligt war, kann die neue Methode ein wichtiges Instrument für Unternehmen sein, wenn sie und andere für ihre Emissionen bezahlen wollen – entweder in Form von neu gepflanzten Bäumen oder indem sie Landwirte dafür bezahlen Bäume auf ihrem Land fällen.
„Es gibt viele Anzeichen dafür, dass der Handel mit Emissionsgutschriften in Zukunft immer umfangreicher werden wird – nicht nur für die Wälder der Erde, sondern für Milliarden von Bäumen außerhalb der Wälder die tatsächliche Anzahl von Bäumen in der Natur und ob sich dies positiv auf das Klima auswirkt. Dafür haben wir eine Lösung“, sagt er.
Ein Satellitenbild-Puzzle mit 300.000 Teilen
In Zusammenarbeit mit der NASA erhielten die Forscher Zugang zu 300.000 sehr hochauflösenden Satellitenbildern der afrikanischen Sahelzone. Die Bilder wurden überprüft und zu einem Mosaik zusammengesetzt, das die Anzahl der Bäume von oben zeigt. Mittels künstlicher Intelligenz trainierten sie dann einen der Supercomputer der NASA darauf, alle einzelnen Bäume – zum Beispiel Akazien – anhand ihrer flachen Kronen zu identifizieren.
„Unsere Studie zeigt, dass Deep-Learning-Techniken die globale Kartierung einzelner Bäume und ihrer Biomasse revolutionieren können. Unsere künstlichen neuronalen Netze lernen, komplexe Muster aus großen Mengen von Satellitenbildern zu extrahieren, was eine genauere und effizientere Identifizierung einzelner Bäume und eine anschließende Schätzung ermöglicht ihre Biomasse“, sagt Professor Christian Igel, Fachbereich Informatik.
Die Kartierung zeigt, dass die Sahelzone, eine der trockensten Regionen der Welt, ohne eine reine Wüste zu sein, die Heimat von fast 10 Milliarden Bäumen ist. Diese Bäume speichern nach Messungen der Forscher derzeit 840.000.000 Tonnen Kohlenstoff, eine Zahl, die sich nach dem Gewicht einzelner Bäume richtet.
„Wir haben viel Feldarbeit gemacht, Bäume gewogen, wenn sie gefällt wurden, um Daten über die Menge an Kohlenstoff zu sammeln, die sie enthalten. Wir haben dies mit den Satellitenbildern der Anzahl der Bäume und der Größe der einzelnen Baumkronen kombiniert und alles gefüttert in ein größeres Modell“, erklärt Fensholt.
Fähigkeit, das Pflanzen von Bäumen zu überwachen
Neben der Kontrolle der Wirkung von Klimagutschriften kann mit der Methode auch untersucht werden, ob verschiedene Naturrenaturierungsprojekte mit Bäumen unter anderem in Regionen wie der semiariden Sahelzone tatsächlich so laufen, wie sie sollten.
„In den letzten 10 bis 15 Jahren wurden beträchtliche Ressourcen für groß angelegte Baumpflanzprojekte in Trockengebieten der Welt aufgewendet, einschließlich der von der Weltbank finanzierten. Haben sie funktioniert? Haben die Bäume überlebt? Unsere Methode kann angewendet werden helfen, dies abzubilden“, sagt Rasmus Fensholt und fügt hinzu, dass das nächste Forschungsprojekt in der Pipeline sein wird, zu untersuchen, wie sich die Zahl der Bäume in den letzten Jahrzehnten entwickelt hat.
Gleichzeitig sind die aktuellen internationalen Verzeichnisse des weltweit von Bäumen gebundenen Kohlenstoffs mit großer Unsicherheit behaftet. Indem der Kohlenstoffgehalt von Bäumen einzeln kartiert wird, wie es die Forscher in der Sahelzone getan haben, ist es möglich, eine viel genauere und bessere Grundlage für das Verständnis der Auswirkungen menschlicher und klimabedingter Einflüsse auf unsere Ökosysteme zu gewinnen. Letztendlich hilft uns diese Arbeit auch dabei, genauere Klimamodelle zu erstellen, mit denen wir vorhersagen können, was uns in der Zukunft erwarten wird.
Laut dem Forscher ist die Grundlagenarbeit getan und die Methode ist bereit, in naher Zukunft von öffentlichen Stellen, Nichtregierungsorganisationen und anderen, die an der Überwachung von Baumzählungen und ihrem Kohlenstoffgehalt interessiert sind, eingesetzt zu werden.
Mehr Informationen:
Compton Tucker, Subkontinentale Kohlenstoffvorräte einzelner Bäume in afrikanischen Trockengebieten, Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05653-6. www.nature.com/articles/s41586-022-05653-6