von James J. Bell, Alberto Rovellini, Matteo Collina und Miriam Pierotti, Die Unterhaltung
Es ist nicht einfach, die Auswirkungen verschiedener Ereignisse, wie beispielsweise Hitzewellen im Meer, auf die Häufigkeit von Meeresorganismen zu messen. Biologische Gemeinschaften verändern sich auf natürliche Weise im Laufe der Zeit und zwischen verschiedenen Standorten.
Wissenschaftler müssen diese natürlichen Veränderungen von den vom Menschen verursachten unterscheiden und einen neuen Ansatz dafür entwickeln.
Meeresbiologen haben traditionell Unterwasserklippen oder Korallenriffe überwacht, indem sie die Populationsgrößen in nur einem kleinen Bereich dieser Umgebungen geschätzt haben.
Eine traditionelle Methode besteht darin, ein Maßband am Riff anzulegen und in regelmäßigen Abständen zu bestimmen, was sich unter dem Maßband befindet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, „Quadrate“ – Quadrate einer bekannten Fläche – zu fotografieren und später die von verschiedenen Organismen bedeckte Fläche zu ermitteln.
Diese Methoden liefern jedoch nur eine Schätzung für einen sehr kleinen Bereich des gesamten Riffs und decken einen begrenzten Anteil der vorhandenen Tiere und Pflanzen ab.
Sie liefern auch begrenzte Informationen über die dreidimensionale (3D) Riffkomplexität und -struktur, die von Rifforganismen wie Korallen und Schwämmen geschaffen wird, die für die Unterstützung des Hochwassers von entscheidender Bedeutung sind Biodiversität.
Unser neue Forschung zeigt, wie moderne fotografische Methoden verwendet werden können, um die Komplexität des Lebensraums von Korallenriffen und die 3D-Natur von Riffen zu messen.
Diese Informationen wurden dann verwendet, um die Auswirkungen des Wandels von Korallenriffen zu Schwammriffen auf die Lebensräume für Fische und andere Organismen zu bewerten.
So funktioniert das.
Eine Kunst und eine Wissenschaft
Photogrammetrie – eine Technik, bei der 3D-Informationen aus Fotos extrahiert werden – ist sowohl eine Kunst als auch eine Wissenschaft. Dabei werden zahlreiche Bilder eines Objekts oder Bereichs aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommen. Mithilfe spezieller Algorithmen können wir diese Bilder dann analysieren und in digitale 3D-Modelle umwandeln.
Diese Modelle können entsprechend auf reale Dimensionen skaliert werden und ermöglichen so genaue Messungen von Organismen.
Die Photogrammetrie ist zwar nicht neu, ihre Anwendung in der Meereswissenschaft jedoch schon in den letzten Jahren zugenommen. Es verändert völlig die Art und Weise, wie wir die Meeresumwelt überwachen und menschliche Auswirkungen messen können.
Es gibt jedoch viele andere Möglichkeiten, umfassendere photogrammetrische Werkzeuge zu nutzen, von der Schätzung der Größe von Walen bis hin zur Entwicklung realistischer Simulationen oder Virtual-Reality-Erlebnisse für den Bildungsbereich.
Unser kürzlich veröffentlichte Studie aus Indonesien nutzten Photogrammetrie, um die möglichen Auswirkungen von Veränderungen von korallendominierten zu schwammdominierten tropischen Riffen auf die strukturelle Komplexität der Riffe abzuschätzen.
Die Studie verglich die strukturelle Komplexität von Korallen- und Schwamm-dominierten Bereichen eines Korallenriffs. Mithilfe der Photogrammetrie konnten wir die verschiedenen Faktoren besser verstehen, die zur strukturellen Komplexität der Koralle beitrugen, wie dies mit herkömmlichen 2D-Fotos nicht möglich wäre.
Diese Studie ergab, dass von Schwämmen dominierte Riffe weniger kleinste Lebensräume für Fische und andere Organismen hatten, während von Korallen dominierte Riffe weniger größere Räume hatten.
Diese Informationen sind wichtig. Die kleinsten Räume in Korallenriffen werden von kleinen Fischen und anderen Arten eingenommen, die Tiere weiter oben in der Nahrungskette ernähren. Wenn Korallenriffe diese kleinen Rückzugsräume verlieren, verlieren sie auch ihre Fähigkeit, die Artenvielfalt zu unterstützen.
Größer werden
Während die indonesische Studie nur kleine Abschnitte des Riffs untersuchte, nimmt der Einsatz der Photogrammetrie zur Überwachung und Kartierung mariner Ökosysteme rasch zu.
Dank moderner Hard- und Softwarelösungen ist es heute möglich, Modelle für weitaus größere Flächen schnell zu erstellen. Und dank hochauflösender Fotografie lassen sich in den Modellen auch kleinste Tiere erkennen.
Diese Modelle ergänzen den Einsatz traditioneller Probenahmemethoden, die nur die Häufigkeit von Organismen in einem kleinen Bereich eines Riffs schätzen. Aber wir haben jetzt auch die Möglichkeit, ganze Riffe zu beproben.
Da aus der Photogrammetrie abgeleitete Riffemodelle dreidimensional sind, können viele verschiedene neue Informationsquellen gesammelt werden, beispielsweise genaue Oberflächenbereiche und Volumina von Organismen.
Für viele Organismen wie Schwämme und Korallen sind Oberflächenflächen und -volumina für die Messung ihrer ökologischen Bedeutung wichtiger als nur die Größe des Riffs, das sie bedecken.
Ein Beispiel für die Unterwasserumgebung von Fiordland, gerendert durch eine Spiel-Engine und bereit für die Verwendung in VR-Anwendungen.
Darüber hinaus können 3D-Modelle großer Gebiete ausgerichtet und skaliert oder georeferenziert werden, wodurch im Wesentlichen alle Merkmale einer typischen Karte entstehen. Dies erleichtert das Auffinden zuvor vermessener Gebiete erheblich.
Das Gesamtergebnis ist eine bessere Charakterisierung der Meeresgemeinschaften. Dies erleichtert die Überwachung und Visualisierung von Veränderungen und den Auswirkungen verschiedener Faktoren, wie beispielsweise Hitzewellen im Meer.
Schließlich können skalierte 3D-Darstellungen für komplexe Organismen erstellt werden, sodass Wachstum und Formänderungen genauer gemessen werden können. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis darüber, wie sich Umweltveränderungen auf Organismen auswirken.
Visualisierung von Veränderungen in der Artenvielfalt
Virtuelle Realität wird seit langem genutzt, um den Zugang zu Meeresumgebungen zu ermöglichen, ohne nass zu werden. Dies geschah hauptsächlich für Bildung, Öffentlichkeitsarbeit und Schulungsmöglichkeiten.
Aber mithilfe der Photogrammetrie erstellte 3D-Modelle bieten neue und spannende Möglichkeiten, die Öffentlichkeit einzubeziehen. Menschen können jetzt mit der Umwelt interagieren, neue Welten und Sichtweisen erleben und gleichzeitig lernen und ihr Umweltbewusstsein stärken.
Die Anwendung von aus der Unterwasserphotogrammetrie abgeleiteten 3D-Modellen bietet großes Potenzial für die Überwachung der Meeresumwelt und die Erkennung menschlicher Einflüsse.
Diese Modelle stellen einen transformativen Wandel in der Art und Weise dar, wie Informationen in Meeresökosystemen gesammelt werden. Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden sie eine umfassendere Meeresüberwachung und ein effektiveres Management ermöglichen.
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