Ein scharfer Blick für Ölflecken

Eine Meise sitzt auf dem Ast einer Birke und zwitschert. Wind streicht über die Heide. Das Idyll auf dem ehemaligen Truppenübungsplatz hat einen Schönheitsfehler: In der Luft hängt ein penetranter Ölgestank. Irgendwo müssen im Laufe der Zeit große Mengen Schmieröl in den Boden gesickert sein. In dem unwegsamen Gelände ist die Suche nach dem belasteten Areal jedoch schwierig. Wissenschaftler der Berliner Dependance der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof haben kürzlich eine Methode erprobt, mit der sich versteckte Ölverschmutzungen ohne langwierige Suche auffinden lassen: Mit Spezialkameras an Bord eines Flugzeuges überprüfen sie in kurzer Zeit große Gebiete, in denen sich verdächtige Areale befinden. Bisher müssen solche Areale oft mühsam zu Fuß nach kontaminierten Stellen durchkämmt werden."Bei der Suche nach verborgenen Ölflecken machen wir uns die spektrale Zusammensetzung des Lichts zu Nutze, das vom Erdboden reflektiert und von der Kamera aufgenommen wird", sagt Dietrich Bannert, Leiter des Referats Fernerkundung bei der BGR. Sonnenlicht, das von Kohlenwasserstoffen, dem Hauptbestandteil aller Mineralöle, reflektiert wird, hat ein charakteristisches Wellenlängenmuster, ein so genanntes Spektrum. Dadurch unterscheidet sich Öl von der Vegetation oder anderen Substanzen wie etwa dem Sand. Mit ihren Untersuchungen wollten die Wissenschaftler feststellen, wie dieses Muster aussieht und ob sich auch kleine Ölverschmutzungen aus der Luft erkennen lassen. Auf dem BGR-Gelände in Berlin testeten die Forscher unter Leitung von Friedrich Kühn verschiedene Probeflächen mit einer Ausdehnung von einem bis 24 Quadratmetern. Einige dieser Sandflächen wurden mit Mineralöl vermischt oder mit Plastikplanen abgedeckt. Als Vergleich dienten Rasen und Betonflächen. Am Boden analysierten die Forscher zunächst das von den Probeflächen reflektierte Sonnenlicht und bestimmten das jeweilige Spektrum. Sie stellten fest, dass die Kohlenwasserstoffe vor allem im unsichtbaren Infrarotbereich von 1 500 bis 2 500 Nanometern (milliardstel Meter) ein charakteristisches Muster zeigten, das sich deutlich von dem der Vergleichsflächen unterschied.Während der Messungen am Boden überflog ein Forschungsflugzeug des DLR mehrfach in einer Höhe von 1 137 und 2 200 Metern die vergleichsweise kleinen Probeflächen in Spandau. Dabei erfassten zwei Spezialkameras das Gelände. Das eine Aufnahmegerät, der spektral hoch auflösende "HyMap-Scanner", registrierte die typischen Reflexionsmuster. Die digitale Kamera "HRSC-A" des DLR machte räumlich hoch auflösende Bilder des Untersuchungsgebietes. Anschließend wurden die Bilddaten von DLR- und BGR-Spezialisten bearbeitet.Der HyMap-Scanner wurde von einem australischen Unternehmen entwickelt und bereits für die Erkundung von Umweltschäden verwendet. "Einige meiner Kollegen kamen auf die Idee, das Gerät für die Suche nach ölverschmutzten Flächen einzusetzen", sagt Arnt Müller, Pressesprecher bei der BGR. Der HyMap-Scanner kann die Wellenlängen des Lichtspektrums wahrnehmen und unterscheiden. Zum einen den sichtbaren, farbigen Teil des Lichts im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 Nanometern, zum anderen aber auch den unsichtbaren Teil bis 2 500 Nanometer. "Der Scanner nimmt die Wellenlängen sehr präzise auf", sagt Bannert. Das Gerät erkenne zwar nicht jede einzelne Wellenlänge, es sei aber in der Lage, sehr enge Spektralbereiche von etwa zehn Nanometer Breite zu registrieren, die so genannten Kanäle. Der Scanner verfüge über 128 solcher Kanäle, und das sei beispielsweise für die Erkennung von Kohlenwasserstoffen ausreichend.Aus den HyMap-Messwerten im Bereich des sichtbaren Lichtspektrums berechneten die Wissenschaftler zunächst ein so genanntes "Echtfarben"-Bild, welches das überflogene Gebiet in nahezu natürlichen Farben zeigt. In einem zweiten Auswertungsschritt wurde ein so genanntes "Falschfarben-Colorcomposite" aus den Messwerten im Spektralbereich von 1 500 bis 2 500 Nanometern erstellt. Dabei zeigten sich die ölverschmutzten Flächen in leuchtendem Violett, alle anderen Materialien in dunklem Grau. "Mit einer Ausnahme", sagt Müller: Auch die Plastikfolien waren violett, da Kunststoffe ebenfalls aus Mineralöl bestehen. Sogar der Kunstrasen eines angrenzenden Sportplatzes erschien in leuchtender Farbe. Müller: "Für uns war das eine Bestätigung, dass die Methode funktioniert." Anders als mit dem HyMap-Scanner, der Daten zur Bodenbeschaffenheit lieferte, konnten die Forscher mit Hilfe der hoch aufgelösten HRSC-A-Bilddaten die genaue Position der kleinen Versuchsflächen bestimmen. Bannert ist zuversichtlich, dass die Flugzeugüberwachung künftig die Suche nach Ölverschmutzungen erleichtern kann, so etwa in Industriegebieten oder auf Flugplätzen und entlang von Pipelines. "Besonders in der Nähe von Trinkwasserschutzgebieten ist es wichtig, auch kleine Verschmutzungen von wenigen Quadratmetern zu erkennen."ÖLVERSCHMUTZUNG IN VIOLETT // Die Luftaufnahmen zeigen das Spandauer Untersuchungsgelände sowie die Umgebung in natürlichen Farben (links) und nach der Bildbearbeitung vorwiegend in Grautönen (rechts). Nur die ölhaltigen Versuchsflächen (siehe Ausschnitt rechts) und die Kunstrasen der Sportanlagen erscheinen violett.