Palau: Riffschutz mit Drohnen

Wichtiges Forschungsprojekt auf Palau zur Bewertung der Riffgesundheit

Forschungsgebiet von Pia Lewin in Palau Übersicht.

Forschungsstation PICRIC (rote Nadel) auf der Hauptinsel Babeldaob in Palau. Für eine vergrößerte Ansicht der Lage der Untersuchungsgebiete auf’s Bild klicken.

Der Archipel von Palau besteht aus einzigartigen, unersetzlichen Riffstrukturen. Seine Flachwasserkorallenriffe sind Heimat für insgesamt 1.278 bekannte Fischarten und unzählige andere Meeresorganismen. Damit weisen sie einen der höchsten Biodiversitätsgrade in ganz Mikronesien auf. 2007 richtete jeder der sechzehn palauischen Staaten mindestens ein Meeresschutzgebiet ein. Seitdem gehört Palau mit seinen 356 Inseln zu einem der Staaten mit der größten Anzahl an ausgewiesenen Meeresschutzgebieten. Ganz aktuell sind damit 80% der Gewässer innerhalb der ausschließlichen Wirtschaftszone als Schutzzonem ausgewiesen. Innerhalb dieser Zone ist das Fischen verboten (No-Take-Zone).

Palau will den Zusammenbruch seiner Flachwasserkorallenriffe unbedingt verhindern. Denn schon einmal, 1997/98, kam es zu einer massiven Korallenbleiche. Daraufhin ging der Tourismus stark zurück und der Südsee-Staat erlitt einen Verlust von etwa 3,3 % seines Bruttoinlandsprodukts (BIP). Palau bezieht etwa die Hälfte seines BIP aus der Tourismusindustrie.

 

Riffe schonend und kostengünstig mit Drohnen untersuchen

Pia Lewin mit DJI Phantom 4 Pro Drohne in Palau.

Pia Lewin mit DJI Phantom 4 Pro Drohne in Palau.

Pia Lewin, Biologiestudentin der Uni Bremen, will den Riffschutz in Palau per Drohnenkartierung unterstützen und neue Konzepte zur rechtzeitigen Gefahrenerkennung für Riffe erforschen.

Daher unterstützen wir ihre wichtige Masterarbeit im Studiengang International Studies in Aquatic Tropical Ecology des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT).

Wie gesund sind unsere Riffe?

Organisationen wie das Palau International Coral Reef Center (PICRC) bewerten regelmäßig an bestimmten Stellen (14 permanente Standorte) den Gesundheitszustandes der Riffe sowie ihren Tierreichtum.

Digitales Höhenmodel Flachwasserkorallenriff. Von Pia Lewin

Digitales Höhenmodel: Hier ist deutlich zu erkennen, wie niedrig in der Wassersäule die Korallen teilweise sind. 0m entspricht dem Meeresspiegel zum Zeitpunkt an dem die Bilder geschossen wurden. Man sieht sehr gut, dass Tauchen nicht die optimalste Lösung wäre das Riff zu vermessen oder zu erforschen. © Pia Lewin mit ‘Agisoft Metashape Professional’

Problematisch dabei ist jedoch, dass die meisten palauischen Lebensräume Flachwasserkorallenriffe oder geschlossene Lagunen sind. Das macht es schwierig, sie direkt zu beobachten, ohne Zerstörungen an der Riffstruktur durch unvorsichtiges Verhalten zu verursachen.

Auch vermitteln ausschließlich direkte Beobachtungen nur eine begrenzte Perspektive auf die Gesundheit des Riffes, denn man erfasst so immer nur eine kleine Stichprobe des Gebietes.

Wie kann man detaillierte Informationen über den Zustand eines Riffs erhalten?

Heute kann man mithilfe von Drohnen der Konsumklasse Gebiete schonend und kostengünstig kartieren. Damit bekommt man auch an sehr abgelegenen Orten ein detailliertes Bild vom Zustand der Riffe.

Eine der Schlüsselvariablen in einem Korallenriff ist dabei ihre topografische Komplexität. Dies ist einer der am besten untersuchten Indikatoren für Fischreichtum, Vielfalt und Biomasse.

Dreidimensionale Projektion eines Riffs erlaubt Rückschlüsse auf seinen Zustand

Meist nutzt man Satellitenbilder, um Artenvielfalt und Menge von Rifffischen basierend auf Umgebungsvariablen wie der topografischen Komplexität vorherzusagen.

Bisher jedoch benötigten derartige Vorhersagen eine zweite Komponente wie akustische Technologien, um eine präzise, nahezu dreidimensionale Projektion des Systems zu erhalten.

Flachwasserriffe entziehen sich gängigen Messverfahren

Einerseits sind bootbasierte, akustische Technologien bei der Bestimmung topografischer Komplexität etwas präziser. Andererseits hat diese Methode den Nachteil, dass sie nicht in flachen Gewässern mit einer Tiefe von weniger als 5 m eingesetzt werden kann. Dies ist in palauischen Küstenriffen und Lagunen allerdings die Regel.

Ergebnisse Ausmessung der Korallenhöhe - schnorchelnd verglichen mit digital (Drohe). Von Pia Lewin

Nach der Erstellung einer Karte wird die Höhe ausgemessen um zu überprüfen, wie welche Abweichungen es bei den Messungen während des Schnorchelns gegenüber den Messungen innerhalb der digitalen Karten sind. © Pia Lewin

Mit einer Drohne zum digitalen Höhenmodell

Pia Lewin hofft, eine geeignetere Lösung zu finden. Sie will die topografische Komplexität palauischer Flachwasserkorallenriffe durch die Erstellung eines digitalen Höhenmodells erfassen. Ihr Werkzeug dabei ist eine konsumentengerechte Drohne.

Karte Drohnenkartierung Korallenriffe in Palau. Von PiaLewin

Links ist die gesamte Karte zu erkennen, rechts ein Auszug der herangezoomt ist und auch etwas von der Tiefe erkennen lässt. Der blaue Fleck ist eines dieser Handtücher die aufgrund ihrer Funktion ‚Ground Control Points‘ genannt werden. © Pia Lewin mit ‘Agisoft Metashape Professional’

Besser, man schaut noch mal nach

Kartierung von Flachwasserkorallenriffen in Palau mit Drohnen von Pia Lewin. Tücher für die "Ground Control Points".

Tücher die innerhalb des Riffes als “Ground Control Points” ausgebreitet werden. Sie stellen später bei der Einspeisung der Bilder in die Software Referenzpunkte da um die Bilder entsprechend zu sortieren. An diesen Punkten ist dann die exakte Tiefe und GPS Koordinaten (per Schnorcheln gemessen) bekannt. © Pia Lewin

Zusätzlich wird sie mit direkten Beobachtungen beim Schnorcheln die von den Drohnenflügen abgeleiteten Daten validieren (sog. „Ground Truthing“). Für die Bewertung von Fischansammlungen werden Fische ab einer Größe von ca. 10 cm gezählt und identifiziert.

Um eine Verzerrung nur auf größere Fischarten zu vermeiden, arbeitet Pia Lewin eng mit Dr. Sonia Bejarano und Mattia Ghilardi zusammen. Sie erforschen kryptobenthische Rifffische. Also Fischfamilien, deren Vertreter weniger als 5 Zentimeter lang sind. Dazu zählen Grundeln, Schleimfische oder Kardinalbarsche.

Wichtige Informationen für Management und Schutz von Riffen

Flugbahn der Drohne über einem Korallenriff in Palau. Von Pia Lewin

Für die Kartenfotos flog die Drohne in ca. 10m Höhe in vorprogrammierten Bahnen das Riff ab um die Abschnitte (5m x 20m) später kartieren zu können. Die Drohne musst dabei immer vom Boot aus gesteuert werden. © Pia Lewin

Da die meisten Korallenriffe weltweit schnell abnehmen, könnte dieses Forschungsprojekt wichtige Informationen für das weitere Management und den Schutz dieser Gebiete liefern.

Die so gewonnen Erkenntnisse könnten andere Institutionen dazu inspirieren, die Kartierung von Flachwasserkorallenriffen mit Drohnen zu übernehmen.

Denn die Methodik birgt neben ihrer Präzision weitere große Vorteile für besseren Riffschutz: Sie ist kostengünstig, risikoarm und sehr umweltschonend.

„Die junge Biologiestudentin wagt sich mit ihrer Masterarbeit auf unbekanntes Terrain. Der innovative Ansatz, Drohnen für die Kartierung von Korallenriffen zu verwenden, ist relativ neu, noch wenig erforscht, aber extrem wichtig. Obwohl Korallenriffe zu den vielfältigsten Ökosystemen gehören, sind viele noch nicht ausreichend charakterisiert. Doch um zuverlässig und rechtzeitig potenzielle Standorte für Meeresschutzgebiete zu identifizieren, bedarf es einer detaillierten Kartierung“, erklärt DSM-Biologe Ulrich Karlowski.

Konzept für Erfassung der Fischbestände per Video. Von Pia Lewin

Um die Fischdiversität, -abundanz und –biomasse in den untersuchten Korallenabschnitten zu bestimmen, wurden mit einem selbsterstellten Kamerasystem Videos von den Fischbeständen gedreht. © Pia Lewin

Zusammengestellt aus Informationen des Förderantrags von Pia Lewin
Foto oben: Pia Lewin an Bord des Forschungsbootes.

 

Konzept zur Überprüfung der Riffkontur. Von Pia Lewin

Überprüfung der Riffkontur. © Pia Lewin

 

Selbsterstelltes Kamerasystem zur Messung der Fischdiversität, -abundanz und –biomasse. Von Pia Lewin

Selbsterstelltes Kamerasystem zur Messung der Fischdiversität, -abundanz und –biomasse. © Pia Lewin