Earth Outreach

Seit Charles Darwin sind Biologen auf der Suche nach einer geeigneten Methode, die unendliche Vielfalt der Tier- und Pflanzenwelt auf unserem Planeten so auf Karten zu erfassen, dass alle wichtigen Informationen sowie die tatsächlichen Größenverhältnisse zu sehen sind. Seit einigen Jahren werden verstärkt Kartenplattformen entwickelt, die der Allgemeinheit dienen. Sie stehen somit Laien, aber auch erfahrenen Wissenschaftlern gleichermaßen zur Verfügung und sind so leistungsstark, dass biologische Daten erfasst und abgebildet werden können. Unsere Forschungen konzentrieren sich auf die Populationsökologie der alten Grannenkiefern in den kalifornischen White Mountains. Mit Google Earth können wir unsere täglichen Feldstudien vorantreiben und die Öffentlichkeit über unsere Projekte informieren. Wir nutzen das Tool seit 2004. Es erleichtert es unserem Team, räumliche Daten zu teilen und sie auf Luftbildern mit Daten-Overlay zu betrachten. So können wir wichtige ökologische Muster in den Grannenkieferwäldern erkennen.

Die White Mountains im Osten Kaliforniens sind nicht so bekannt und ziehen weniger Besucher an als die nahegelegene High Sierra, obwohl sie mit ihren über 4.300 Meter hohen Gipfeln genauso spektakulär ist. Nur einige Feldwege führen durch die überraschend felsige Landschaft mit den von Wüstenbeifuß bedeckten Hügeln. Es gibt unzählige Wildblumen und Herden von Dickhornschafen in den Tälern zu bewundern. Hier sind die ältesten Bäume der Erde zu Hause: die Grannenkiefern (Pinus longaeva). Außerdem befindet sich die am höchsten gelegene Forschungsstation Nordamerikas, die University of California's White Mountain Research Station, in dieser Gegend.

1953 entdeckte der Biologe Edmund Schulman mehrere über 4.500 Jahre alte Bäume im Gebiet "Methuselah Grove". Wahrscheinlich gibt es hier aber noch weit ältere Exemplare, die noch nicht gefunden wurden. Für viele Wissenschaftler ist nicht das Alter der Grannenkiefern faszinierend, sondern vielmehr die Widerstandsfähigkeit des abgestorbenen Holzes. Aufgrund des langsamen Wachstums in trockenen Hochgebirgen weist Grannenkieferholz eine extreme Dichte und einen hohen Harzanteil auf. Deshalb kann es bis zu 10.000 Jahre nach dem Absterben des Baums ohne Verwitterung auf dem Boden liegen. Seit über 50 Jahren nutzen unter anderem die Forscher des Laboratory of Tree-Ring Research an der University of Arizona die Jahresringe von Grannenkiefern, um klimatische Veränderungen der Vergangenheit und Gegenwart zu untersuchen. 2004 wurde vom UC Santa Cruz Department of Ecology and Evolutionary Biology ein Projekt ins Leben gerufen, um die Populationsökologie von Grannenkiefern zu erforschen. Es wird insbesondere untersucht, wie bestimmte Grannenkiefergruppen im Laufe der letzten Jahrtausende wuchsen oder kleiner wurden und sich klimatische Veränderungen auf die Populationen auswirkten. Deshalb analysieren wir zahlreiche Grannenkiefergruppen in verschiedenen Gebieten der White Mountains. Dabei werden alte und junge Bäume sowie die Zapfenproduktion und Holzentwicklung untersucht.

Eine der größten Herausforderungen bei der Durchführung wissenschaftlicher Feldstudien in felsigen Berglandschaften besteht darin, relevante Stellen sowie den Weg dorthin zu ermitteln und diese Informationen an die Mitglieder des Teams weiterzuleiten. Vor der Aktualisierung des Bildmaterials der White Mountains von Google Earth war es kompliziert und teuer, detaillierte Luftaufnahmen von größeren Gebieten zu erhalten, auf denen auch einzelne Grannenkiefern deutlich zu sehen sind. Auf den neuen Google Earth-Bildern sind individuelle Bäume erkennbar, Gebiete mit großen Vorkommen von verschiedenen Gesteinsarten können eindeutig identifiziert werden und es lässt sich leicht feststellen, ob die Pflanzen eher zerstreut oder eng in einer Gruppe stehen.

Umsetzung

Google Earth ist für unsere Forschungen in vielerlei Hinsicht unverzichtbar geworden. Zuerst haben wir damit die Verbreitung der Bäume ermittelt und die verschiedenen Standorte analysiert, damit wir wussten, was uns in den Bergen erwartet. Mit der Polygonfunktion von Google Earth zeichneten wir Begrenzungslinien um Gruppen von gut erkennbaren großen Grannen- oder Föhrenkiefern. Gehölze der kleineren Pinyon-Kiefern oder Büsche des Bergmahagonis ließen wir hingegen außer Acht (siehe Beispielvideo). Soweit wir wissen, ist dies die erste umfassende Karte der Grannenkieferverbreitung in den White Mountains. Wir konnten direkt einige grundsätzliche Muster erkennen: An Nordhängen war der Baumbestand dichter. Spärlicher Wuchs war hingegen an einigen Stellen auf Quarz oder Granit zu beobachten. Grannenkiefern wachsen besser auf Dolomitgestein. Die vorläufige Kartierung half uns dabei, vielversprechende Stellen zu ermitteln, die wir innerhalb eines Tages von der nächstgelegenen Straße erreichen konnten.

Im weiteren Verlauf des ständig wachsenden Projekts nutzten wir Google Earth täglich bei unseren Feldforschungen. Unsere Strategie besteht im Wesentlichen darin, eine Master-KML-Datei mit allen von uns erfassten Punkten oder Strecken zu pflegen. Darin sind tausende einzelner Bäume enthalten. Alle Teammitglieder oder Mitarbeiter der Forschungsstation können darauf zugreifen. Seit Kurzem verknüpfen wir jeden Punkt mit einem Foto des Baums zur Identifikation. Dazu erstellen wir zuerst eine Textdatei mit Namen, GPS-Koordinaten, Bildbezeichnungen und weiteren Informationen zu jedem Baum, z. B. sein Alter, Anzahl der Zapfen usw. Dann erstellen wir mithilfe eines PHP-Skripts eine KML-Datei mit Ortsmarkierungen und der Position jedes Baums. Die dazugehörigen Infofelder enthalten ein Foto und die weitere Details.

Bevor wir morgens aufbrechen, drucken wir über die Master-KML-Datei eine Karte mit Überwachungspunkten aus. Auf dieser sind die Aufgaben für den Tag einiger Mitarbeiter zu sehen. Gleichzeitig laden wir die Koordinaten eines anderen Transekts auf die GPS-Geräte eines weiteren Teams. Abends werden die neu aufgenommenen Daten dann heruntergeladen und in die KML-Datei übertragen. Dann können wir die Arbeit für den nächsten Tag planen.

Transekte erstellen

Besonders auffällig ist, dass in den Gehölzen der Grannenkiefern mit sehr alten oder bereits abgestorbenen Bäumen lediglich einige wenige junge Pflanzen stehen. Grannenkiefersamen keimen und überleben nur ungefähr einmal in 50 Jahren – und das auch nur in bestimmten Gebieten. Deshalb erstellen wir im Zuge unseres Projekts Transekte durch Begehen von Grannenkieferwäldern in verschiedenen Höhen, an Hanglagen und auf unterschiedlichen Böden. Der Forscher vermisst dabei alle kleinen Bäume, die sich im Umkreis von 20 Metern entlang seines Weges befinden. So können wir herausfinden, welche Bedingungen für das Keimen und Überleben von Grannenkiefern erfüllt sein müssen.

Für diesen Teil des Projekts haben wir mit Google Earth geeignete Gebiete ermittelt. Das unten aufgeführte Video zeigt ein Beispiel. Das Transekt wurde auf einer Höhe von ungefähr 3.170 bis 3.260 Metern erfasst und verläuft durch Dolomit- und Granitgestein. Weitere Transekte wurden in unterschiedlichen Höhen sowie an Hanglagen und durch andere Gesteinsarten erstellt. Wir haben eine Strecke von ungefähr 1,6 Kilometern auf Google Earth vermessen. Das entspricht ungefähr der Entfernung, die unser Team an einem 8-Stunden-Tag erfassen kann. Vor der eigentlichen Begehung untersuchten wir die Strecke mit der Schwenkfunktion von Google Earth genau. Wir wollten sicherstellen, dass sie nicht durch lockeres Dolomitgestein führte, das zu steil für eine sichere Begehung war. Außerdem druckten wir mehrere Ansichten der Luftbilder aus, damit unsere Teammitglieder sich vor Ort orientieren konnten. Die Dateien speicherten wir als KML und die Strecke exportierten wir mit MacGPS Pro auf mehrere GPS-Geräte von Garmin. Im Wald konnten wir dieser Strecke mit den GPS-Geräten ziemlich gut folgen und alle kleinen Bäume im Umkreis von 20 Metern entlang der Zentrallinie vermessen. An diesem Tag erfassten wir den Standort sämtlicher Bäume und über die Tracking-Funktion der GPS-Geräte den von uns begangenen Transekt, der leicht von dem in Google Earth abwich. Nach unserer Rückkehr luden wir die gesammelten Daten direkt in Google Earth hoch. Über unser PHP-Skript haben wir die Ortsmarkierungen dann mit Fotos und Informationen verknüpft. So können wir auf einen erfassten Punkt klicken und sehen ein Bild des Baums sowie die dazugehörigen Daten wie geschätztes Alter, Höhe, Umfang am unteren Stamm und Fruchtbarkeitszustand. Wenn wir einen bestimmten Baum in diesem Transekt noch einmal aufsuchen möchten, muss unser Mitarbeiter einfach auf die Stelle klicken, um ein Bild des Baums aufzurufen, und kann dann an den Ort zurückkehren.

Einzeln stehende Bäume finden

Ein anderer Teil unseres Projekts gilt dem Vergleich der Wachstumsmuster und Zapfenproduktion von Bäumen, die sich mindestens 50 Meter entfernt von anderen Grannenkiefern befinden, und solchen, die in Gruppen stehen. Dazu haben wir zuerst mit Google Earth nach augenscheinlich alleinstehenden Bäumen gesucht und den Abstand zwischen diesen und anderen gemessen. Diese Bäume erfassen wir in unserer Master-KML-Datei und verknüpfen sie mit Bildern sowie Informationen in unserer Onlinedatenbank.

Einzelne Bäume innerhalb eines Bereich erfassen

Wichtiger Bestandteil unseres Projekts ist die Erfassung des Alters mehrerer Hundert lebender und abgestorbener Bäume in einem bestimmten Bereich. Dazu müssen wir entsprechend viele Punkte innerhalb eines kleinen Gebiets markieren sowie jeden einzelnen zur Identifikation mit einer individuellen Nummer und einem Foto versehen. Bei der Erfassung der einzelnen Gebiete erhöht sich die Zahl der Punkte täglich. Wir speichern eine Liste mit allen Standorten in unserer Master-KML-Datei und verknüpfen jeden einzelnen mit einem Foto aus unserer Onlinedatenbank. Falls wir Informationen zu einem bestimmten Baum oder zu seinem Alter benötigen, klicken wir einfach auf den Punkt, erhalten ein Foto, können die Koordinaten in unsere GPS-Geräte übertragen und zu der Stelle zurückkehren.

KML-Dateien erstellen

Wir haben eine KML-Datei mit unterschiedlichen Daten für Wissenschaftler, Pädagogen und allgemeine Nutzer erstellt. Im ersten Abschnitt "For Travelers" sind die Ortsmarkierungen wichtiger Standorte für Reisende enthalten, z. B. Zeltplätze oder das Besucherzentrum. Der zweite Abschnitt "Learn About the Bristlecone Pine" zeigt eine virtuelle Informationsreise durch das Ökosystem der Grannenkiefer. Hier können interessierte Nutzer sich umfassend über die Entdeckung der Grannenkiefer und ihre Dendrochronologie informieren. Sie können mehr über die Unterschiede zwischen verschiedenen Grannenkiefergehölzen erfahren und die Baumgrenze erforschen. Dieses Beispiel belegt, dass eine KML-Datei hervorragend zur Vermittlung ganz unterschiedlicher Informationen zur Naturgeschichte einzelner Arten geeignet ist. Im Abschnitt "A Week of Field Research" erfahren Nutzer alles über die Arbeit unseres Teams während eines einwöchigen Feldforschungstrips. Dabei wird klar, wie wichtig Google Earth bei der Durchführung unserer täglichen Aufgaben ist. Wir stellen hier Ebenen zur Verfügung, die Links zu zahlreichen Bildern unserer Bäume enthalten, zeigen ein typisches Transekt durch die Vegetation und liefern einen Überblick der Verbreitung von Grannenkiefern in Kalifornien, Nevada und Utah. Im letzten Abschnitt zur White Mountain Research Station können Nutzer die vier Unterstationen kennenlernen und über Links Details zu einigen der vielen dort durchgeführten Projekte aufrufen.

Mit Google Earth ist die tägliche Feldforschung für unser Team viel leichter geworden. Wir können eine große Menge räumlicher Daten im Blick behalten und sie ganz unterschiedlichen Nutzergruppen zur Verfügung stellen. Im Folgenden haben wir aus unseren Erfahrungen einige Tipps zusammengestellt:

• Richten Sie viele Ordnerebenen ein, um die Daten zu strukturieren. Bei hunderten von erfassten Punkten, Strecken und Polygonen verlieren Sie dann nicht den Überblick. Auch lassen sich die Ordner über die Bildlaufleiste im Anzeigefenster so schnell und einfach aufrufen.

• Verwenden Sie eigene Markierungen für Punkte, die direkt nebeneinander liegen, falls die Google Earth-Standardsymbole zu groß und zu dicht gedrängt sind.

• Google Earth Pro bietet umfassende Funktionen. So lassen sich z. B. Polygone zeichnen und Shapefiles importieren. Viele dieser Optionen sind aber auch in anderen Versionen enthalten.

• Suchen Sie nach Programmen von Drittanbietern, um KML-Dateien zu im- und exportieren. MacGPS Pro und KMLer sind beide leicht anzuwenden und kostengünstig. Wir konnten dadurch unsere Datenverwaltung erheblich vereinfachen. Es gibt aber noch viele weitere Programme.

• Wenn Sie bestimmte Orte beschreiben möchten, können Sie ruhig mehrere Punkte markieren, sie in einer KML-Datei speichern und per E-Mail an Kollegen versenden.

Kurz gesagt: Steigen Sie gerade erst in die computergestützte Kartografie ein, ist diese Methode hervorragend geeignet, um räumliche Daten zu verwalten und mit anderen zu teilen. Haben Sie bereits Erfahrungen mit herkömmlichen GIS-Plattformen, sollten Sie Google Earth einfach einmal ausprobieren, um Ihre Daten schnell aufzurufen und mit anderen gemeinsam zu nutzen.

In diesem Video sehen Sie, wie unsere Forschergruppe mit Google Earth Transekte dokumentiert hat.

Wirkung

Google Earth war für unsere Forschung von unschätzbarem Wert, wir nutzten es täglich. Das Programm ist so einfach aufgebaut, dass es ohne viel Aufwand von den unterschiedlichsten Personen verwendet werden kann, also auch von Studenten und anderen freiwilligen Helfern. Mit den KML-Dateien ließen sich Daten ganz einfach zwischen Mac und PC austauschen. Das Team konnte auch jederzeit Karten und Fotos ausdrucken oder die ständig wachsende Anzahl an Wegpunkten auf verschiedene GPS-Geräte übertragen und von diesen abrufen.

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Mit der KML-Datei von Bristlecone Pine Research kann jeder Nutzer die White Mountains erforschen und Informationen zu den einzigartigen Grannenkiefern aufrufen.

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