Klimawandel: Nachbildung der Erde könnte uns vor Katastrophe retten!

Eine digitale Nachbildung der Erde könnte Wissenschaftlern helfen, die Zukunft unseres Planeten besser zu gestalten, während sie nach Lösungen für die durch den Klimawandel verursachten Probleme suchen.

Das fortschrittliche Modell mit der Bezeichnung Digital Twin Earth wird von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und ihren Partnern auf der Grundlage von Daten und Bildern von Erdbeobachtungssatelliten und bodengestützten Sensoren entwickelt. Damit das Projekt zuverlässig funktioniert, müssen neue fortschrittliche Algorithmen der künstlichen Intelligenz und leistungsstarke Supercomputer eingesetzt werden, die derzeit entwickelt werden.

Die ESA hat im Jahr 2020 das Projekt Digital Twin Earth gestartet. Ziel dieses planetarischen Megamodells ist es, die Auswirkungen verschiedener natürlicher Prozesse und menschlicher Aktivitäten auf den Planeten zu simulieren und Szenarien für die zukünftige Entwicklung zu entwerfen.

Beispiele für Digital Twin Earth-Funktionen

So können Wissenschaftler beispielsweise modellieren, wie sich die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre verändert, wenn die Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen in einer bestimmten Region durch Anlagen für erneuerbare Energien ersetzt wird, und wie sich diese Veränderung folglich auf die Geschwindigkeit des Meeresspiegelanstiegs auswirkt.

Es gibt auch kleinere, partielle "Zwillings"-Modelle, die sich auf verschiedene Regionen der Erde oder Teilsysteme des Planeten konzentrieren. Aus der Antarktis wissen wir zum Beispiel, dass dieses Gebiet 60 % des gesamten Süßwassers der Erde enthält. Würde das gesamte Eis schmelzen, würde der globale Meeresspiegel auf einen Höchststand von etwa 58 Metern ansteigen. Deshalb wird ein digitales Modell der Antarktis entwickelt, das den Forschern helfen soll, den Zustand des Eisschildes und den Schmelzprozess besser zu verstehen.

Um dieses "Zwillingsmodell" der Antarktis zu erstellen, nutzten die Wissenschaftler Satellitenbeobachtungen, numerische Simulationen und künstliche Intelligenz, die die Eisschilde, die Hydrologie, den umgebenden Ozean, die Atmosphäre und die Biosphäre enthalten. Noel Gourmelen, Kryosphärenforscher an der Universität Edinburgh, erklärt: "Wir haben den antarktischen Zwilling benutzt, um den Aufenthaltsort des Schmelzwassers über und unter dem Eisschild zu lokalisieren und um zu untersuchen, wie Schelfeis in verschiedenen hydrologischen Szenarien schmilzt".

Digital Twin Ocean, entwickelt zur Analyse der Interaktion zwischen Atmosphäre und Ozean

Der Digitale Zwillingsozean, der vom französischen Nationalen Institut für Ozeanwissenschaften entwickelt wurde, analysiert die Wechselwirkung zwischen Veränderungen in der Atmosphäre und dem Verhalten der Ozeane. Die Wissenschaftler werden dieses Modell nutzen, um die arktische Verstärkung zu untersuchen, einen kaum verstandenen Prozess, der sich auf die Tatsache bezieht, dass sich die nördlichen Polarregionen doppelt so schnell erwärmen wie der Rest der Welt.

Die Modelle wurden so gestaltet, dass sie auch von Nutzern ohne fortgeschrittenes technisches Wissen über Erdbeobachtung und Klimamodellierung leicht konsultiert werden können. Für Forscher sind diese Modelle ideal, um politischen Entscheidungsträgern die Veränderungen in Ökosystemen und die Folgen verschiedener Entscheidungen (im Modell) vor Augen zu führen.

Digitaler Wald Zwilling

Ein weiteres Modell ist das Digital Twin Food Systems. In diesem Projekt wird simuliert, wie landwirtschaftliche Aktivitäten das natürliche System im weiteren Sinne beeinflussen, aber auch die Auswirkungen von Klimaschwankungen auf die Nahrungsmittelproduktion.

Schließlich soll mit dem Forest Digital Twin ein genaueres und realistischeres Modell der Waldbedeckung auf globaler Ebene erstellt und die Rolle der Wälder für das Leben auf unserem Planeten untersucht werden, z. B. die Speicherung von Kohlendioxid, das die globale Erwärmung verursacht.