Ziel dieser Hausarbeit ist die Ermittlung des pH-Wertes in Tagebauseen über Satellitenbildauswertung. Es soll untersucht werden, ob es möglich ist über Analyseverfahren der Fernerkundung verwertbare Aussagen über das Vorhandensein von bergbaubedingten Kontaminationen zu treffen, um dadurch eine Effizienzsteigerung bei der Erfassung dieser Kontaminationen herbeizuführen.
In diesem Zusammenhang sollen in einem ersten Schritt die durch den Bergbau indizierten Prozesse ausfindig gemacht werden, welche typischerweise mit der Kontamination der Umwelt in Verbindung gebracht werden. Weiterhin sollen in dieser Arbeit Verfahren der Fernerkundung vorgestellt werden, welche zur Detektion von bergbaubedingten Kontaminationen geeignet sind. Diese Verfahren sollen unter Verwendung von Fernerkundungsdaten der Stentinel-2-Mission Aufschluss darüber geben, ob die Kontamination mit einem niedrigen pH-Wert in Tagebaurestlöchern (TRL) der Bergbaufolgelandschaft Lausitzer Seenland detektierbar ist.
Diese Arbeit ist in zwei Bereiche unterteilt. Im ersten Bereich werden die theoretischen Grundlagen gelegt, auf denen sich im zweiten Bereich, der praktischen Umsetzung, gestützt wird. Der erste Bereich gliedert sich dabei in drei Kapitel. Das erste Kapitel beschäftigt sich mit den bergbaulichen Prozessen, die für eine Kontamination verantwortlich gemacht werden. Dabei wird durch den Vergleich von Bergbauunglücken mit besonders stark verunreinigten Bergbaustandorten und wissenschaftlichen Arbeiten welche sich mit dem Monitoring von Umweltschädigungen beschäftigen geklärt, welche Bodenparameter häufig für eine Kontamination verantwortlich gemacht werden.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1 Aufgabenstellung
- 1.2 Gliederung der Arbeit
- 2. Bergbaubedingte Geochemische Prozesse
- 2.1 Veränderung der Landschaftsmorphologie
- 2.2 Veränderung des Wasserhaushalts
- 2.3 Veränderung des Stoffhaushalts
- 2.4 Einfluss von Schwermetallen
- 2.4.1 Wechselwirkung Schwermetalle-Böden
- 2.4.2 Wechselwirkung Schwermetalle-Pflanzen
- 2.5 Einfluss des pH-Wertes
- 2.5.1 Bildung eines niedrigen pH-Wertes
- 2.5.2 Auswirkung des pH-Wertes auf den ökologischen Kreislauf
- 2.6 Eisenverbindungen
- 2.7 Zusammenfassung
- 3. Sentinel-Satellitenprogramm
- 3.1 Copernicus-Programm
- 3.2 Sentinel-2
- 3.2.1 Sentinel-2-Mission
- 3.2.2 Satelliteneigenschaften
- 3.2.3 Sensoreigenschaften
- 3.2.4 Bereitstellungsstände
- 3.2.5 Atmosphärische Korrektur
- 4. Verfahren
- 4.1 Indexbildung
- 4.1.1 Green Leaf Index
- 4.1.2 Anthocyanin Reflectance Index 2
- 4.1.3 Modified Normalized Water Index
- 4.2 Spektrale Analysemethoden
- 4.2.1 Spectral Angle Mapper Classification
- 4.2.2 Spectral Information Divergence
- 4.3 Zusammenfassung
- 4.1 Indexbildung
- 5. Ermittlung des pH-Wertes von TRL über Sentinel-2-Daten
- 5.1 Untersuchungszeitraum
- 5.2 Untersuchungszeitraum
- 5.3 Vorverarbeitung der Sentinel-2 Images
- 5.4 Ermittlung des pH-Wertes in TRL über Detektion von Eisenverbindungen
- 5.4.1 Erstellung einer Gewässermaske
- 5.4.2 Vorbemerkung
- 5.4.3 Detektion von Jarosit mittels SAM
- 5.4.4 Detektion von Schwertmannit mittels SAM
- 5.4.5 Detektion von Ferrihydrit mittels SAM
- 5.4.6 Detektion von Jarosit mittels SID
- 5.4.7 Detektion von Schwertmannit mittels SID
- 5.4.8 Detektion von Ferrihydrit mittels SID
- 5.4.9 Zusammenfassung
- 5.5 Ermittlung des pH-Wertes von TRL über Pflanzen um TRL
- 5.5.1 Vorbereitung
- 5.5.2 Untersuchung der Beprobungsstellen mittels GLI
- 5.5.3 Untersuchung des Außenbereichs der TRL mittels Change Detection
- 5.5.4 Zusammenfassung
- 5.6 Ermittlung des pH-Wert von TRL über Algen
- 5.6.1 Vorbereitung
- 5.6.2 Untersuchung von im TRL lebenden Algen mittels ARI2
- 5.6.3 Zusammenfassung
- 5.7 Zusammenstellung der Ergebnisse
- 6. Diskussion
- 6.1 Zusammenhang von pH-Wert und Jarosit, Schwertmannit bzw. Ferrihydrit
- 6.2 Zusammenhang von pH-Wert und Entwicklung von Pflanzen um TRL
- 6.3 Zusammenhang von pH-Wert und Algen im TRL
- 7. Eignung von Sentinel-2 zur Ermittlung des pH-Wertes von TRL
- 7.1 Spektrale Auflösung
- 7.2 Geometrische Auflösung
- 7.3 Zeitliche Auflösung
- 7.4 Zusammenfassung
- 8. Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Arbeit untersucht die Eignung von Sentinel-2-Daten zur Detektion von bergbaubedingten Kontaminationen, insbesondere die Ermittlung des pH-Wertes in Tagebaurestlöchern (TRL).
- Identifizierung bergbaubedingter geochemischer Prozesse und deren Einfluss auf die Umwelt.
- Anwendung von Fernerkundungsverfahren (Indexbildung, SAM, SID) zur Detektion von Kontaminationen.
- Analyse des Zusammenhangs zwischen pH-Wert und Eisenverbindungen (Jarosit, Schwertmannit, Ferrihydrit).
- Untersuchung des Einflusses des pH-Wertes auf das Pflanzenwachstum im Umfeld der TRL.
- Bewertung des Einflusses des pH-Wertes auf Algenpopulationen in den TRL.
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1 beschreibt die Aufgabenstellung und die Gliederung der Arbeit. Kapitel 2 leuchtet die geochemischen Prozesse auf, die durch Bergbau entstehen und zu Kontaminationen führen, mit Fokus auf Schwermetalle und pH-Wert. Kapitel 3 erläutert das Copernicus Programm und die Sentinel-2 Mission. Kapitel 4 präsentiert die verwendeten Verfahren zur Datenanalyse, inklusive Indexbildung und spektraler Analysemethoden. Kapitel 5 beschreibt die Ermittlung des pH-Wertes über verschiedene indirekte Indikatoren mithilfe von Sentinel-2 Daten. Kapitel 6 vergleicht die Ergebnisse mit bestehenden Literaturdaten und diskutiert die Aussagekraft. Kapitel 7 bewertet die Eignung der Sentinel-2 Mission für die Fragestellung.
Schlüsselwörter
Kontaminationsmonitoring, Bergbaurückstände, Tagebaurestlöcher (TRL), Fernerkundung, Sentinel-2, pH-Wert, Eisenverbindungen (Jarosit, Schwertmannit, Ferrihydrit), Pflanzenwachstum, Algen, Spektrale Analyse, SAM, SID, Green Leaf Index (GLI), Anthocyanin Reflectance Index 2 (ARI2), Modified Normalized Water Index (MNWI).
- Quote paper
- Tobias Haupt (Author), 2019, Kontaminationsmonitoring von Bergbaurückständen. Ermittlung des pH-Wertes in Tagebauseen über Satellitenbildauswertung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1171363
