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| Google Earth Outreach - Fallstudie | |
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Ökologische Forschungen an uralten Grannenkiefern
Man sagt, dass Bäume unvollkommene Menschen wären und so aussähen, als wären sie traurig wegen ihrer Unbeweglichkeit. Ich glaube das nicht. Ich habe noch niemals einen unzufriedenen Baum gesehen.
- John Muir
KurzfassungSeit den Zeiten Charles Darwins haben Biologen nach einer Methode gesucht, die schier unendliche biologische Vielfalt auf unserem Planeten so auf Karten zu übertragen, dass diese sowohl alle wichtigen Informationen als auch die tatsächlichen Größenverhältnisse vermitteln. Diese Anforderung hat sich in den letzten Jahren dahingehend gewandelt, Karten-Plattformen zu entwickeln, die der Information der Allgemeinheit dienen, Anfängern und erfahrenen Wissenschaftlern zur Verfügung stehen und gleichzeitig leistungsfähig genug sind, biologisch relevante Daten zu ermitteln und anzuzeigen. Unsere Forschungen konzentrieren sich auf die Populationsökologie der alten Grannenkiefern im Bereich der White Mountains in Kalifornien. Google Earth ist, wie wir meinen, ein wichtiges Tool, sowohl um die tägliche Forschung zu beschleunigen als auch um die Öffentlichkeit über unsere Projekte zu informieren. Google Earth macht es unserem Team viel leichter, raumbezogene Daten auszutauschen und sie, auf Luftbildern überlagert, rasch zu betrachten. Es hat uns dabei geholfen, die ökologischen Schlüsselmuster in den Grannenkieferwäldern zu erkennen.
Einführung
Sowohl die lebenden als auch die abgestorbenen Grannenkiefern sind wichtige Forschungsobjekte. (Foto: George Grossman) Bild vergrößern Der Biologe Edmund Schulman entdeckte 1953 im "Grab des Methusalem" mehrere über 4.500 Jahre alte Bäume. Es ist wahrscheinlich, dass es noch ältere, bislang aber unentdeckte Bäume in dem Gebiet gibt. Vielen Wissenschaftlern erscheint nicht einmal das enorme Alter die bemerkenswerteste Eigenschaft der Grannenkiefer zu sein, sondern die Widerstandsfähigkeit des abgestorbenen Holzes. Als Folge des langsamen Wachstums in dem trockenen Hochgebirge ist Grannenkieferholz äußerst dicht und harzreich. Deshalb kann es bis zu 10.000 Jahre nach dem Absterben des Baums ohne Verwitterung auf dem Boden liegen. Forscher des Laboratory of Tree-Ring Research (Labors zum Studium der Jahresringe) an der Universität von Arizona und anderer Institutionen nutzen seit über 50 Jahren die Daten der Jahresringe der Grannenkiefer, um den früheren und den aktuellen Klimawandel zu untersuchen. Wir starteten 2004 ein Projekt (es ist bei dem UC Santa Cruz Department of Ecology and Evolutionary Biology [Kalifornisches Universitäts-Departement für Ökologie und Evolutionsbiologie] in Santa Cruz angesiedelt), um die Populationsökologie der Grannenkiefer besser zu verstehen. Das Projekt untersucht im Besonderen, wie bestimmte Grannenkiefergruppen während der letzten Jahrtausende wuchsen oder sich verkleinerten und wie diese Populationen auf ein verändertes Klima reagierten. Zu diesem Zweck untersuchen wir zahlreiche Grannenkiefergruppen überall in dem Gebiet der White Mountains. Alte und junge Bäume sind dabei ebenso eingeschlossen wie die Untersuchung der Zapfenproduktion und der Holzentwicklung. Eine der größten Herausforderungen bei der Durchführung wissenschaftlicher Feldstudien in einer felsigen Berglandschaft besteht darin, interessante Stellen zu ermitteln, herauszufinden, wie man dorthin gelangt, und diese Informationen an die Mitglieder des Teams weiterzuleiten. Vor der Aktualisierung des Bildmaterials, welches Google Earth über die White Mountains bereitstellt, war es schwierig und teuer, Luftaufnahmen zu erhalten, die einzelne Grannenkiefern deutlich zeigten. Mit dem aktuellem Google Earth-Bildmaterial kann jeder einzelne Baum von den anderen unterschieden werden, die großen Felsformationen können eindeutig identifiziert werden und es kann leicht ermittelt werden, ob die Bäume in zerstreuter oder dichter Gruppe anzutreffen sind.
Unsere KML-ImplementierungWir haben eine KML-Datei mit unterschiedlichen Informationen für andere Forscher, Lehrer und die Öffentlichkeit bereitgestellt.
Unsere KML-Datei zeigt einige unserer Bäume, die mit Fotos verlinkt sind. Sie zeigt auch, wie wir die Informationen tagtäglich nutzen. Bild vergrößern Der erste Abschnitt mit der Bezeichnung "For Travelers" (Für Touristen) verfügt über Ortsmarken an Schlüsselstellen wie Campingplätzen und Besucherzentren. Der zweite Abschnitt "Learn About the Bristlecone Pine" (Über die Grannenkiefer) ist eine virtuelle Informationsreise durch das Ökosystem der Grannenkiefer. Bei Interesse kann man hier allerhand über die Entdeckung der Grannenkiefer und die Wissenschaft der Dendrochronologie erfahren. Man kann die Unterschiede zwischen verschiedenen Grannenkiefergehölzen studieren und die Baumgrenze erkunden. Dies ist ein gutes Beispiel dafür, wie eine KML-Datei zur Vermittlung einer ganzen Bandbreite von Informationen über die Naturgeschichte einzelner Arten verwendet werden kann. In dem Abschnitt "A Week of Field Research" (Eine Woche Feldforschung) wird detailliert die Arbeit unseres Teams während einer Woche gezeigt. Es wird dargelegt, wie entscheidend Google Earth für die tägliche Feldforschung ist. Wir stellen hier Ebenen zur Verfügung, die Links zu zahlreichen Bildern unserer Bäume enthalten, zeigen einen typischen Querschnitt durch die Vegetation und umreißen die Verbreitung der Grannenkiefer in Kalifornien, Nevada und Utah. In dem letzten Abschnitt über die White-Mountain-Forschungsstation können die Nutzer die vier Abteilungen der Station kennenlernen und Links zu einigen der vielen hier organisierten Projekten finden.
Google Earth-Anwendungen innerhalb unseres ForschungsprogrammsKlicken Sie auf das Video, um einige von unseren Kartierungen im Süden der White Mountains zu sehen. Im Zuge des Wachstums unseres Projekts fingen wir an, Google Earth während der Feldstudienphasen tagtäglich zu nutzen. Unsere grundlegende Strategie besteht darin, eine "Master-KML-Datei" mit allen Punkten oder Wegen, die wir verfolgten, zu pflegen. Diese schließt Tausende einzelner Bäume ein und kann von jedem Teammitglied oder Mitarbeiter der Forschungsstation aufgerufen werden. Eine aktuelle Verbesserung besteht darin, jeden Punkt mit einem Foto des Baumes zwecks einfacher Identifikation zu verlinken. Dazu erstellen wir zuerst eine Textdatei mit den Baumnamen, GPS-Koordinaten, Bildbezeichnungen und weiteren Informationen über den jeweiligen Baum (z. B. sein Alter, die Zahl der Zapfen usw.). Dann verwenden wir ein PHP-Skript, das eine KML-Datei mit Ortsmarken und der Position jedes Baumes erstellt. Das Info-Pop-up jeder Ortsmarke enthält ein Foto und die Informationen über den Baum. Die Vorteile dieses Systems werden im Kontrast zu herkömmlichen GIS-Plattformen deutlich. Sie bestehen darin, die Nutzung durch eine Vielzahl von Personen unter Einschluss von jungen Studenten und freiwilligen Helfern zu erleichtern. Die Verwendung von KML-Dateien ermöglicht den einfachen Austausch von Daten zwischen Mac- und PC-Betriebssystemen. Wir haben auch jederzeit die Möglichkeit, Karten und Fotos auszudrucken oder unseren dauernd wachsenden Bestand an Wegpunkten an verschiedene GPS-Geräte zu übermitteln bzw. von diesen abzurufen. Wir verwenden beispielsweise die Master-KML-Datei, um morgens vor dem Aufbruch eine Karte mit Überwachungspunkten auszudrucken, die die Tagesarbeit für einige Leute darstellen. Gleichzeitig laden wir die Koordinaten eines anderen Querschnitts auf die GPS-Geräte eines anderen Teams. Am Abend werden die neu aufgenommenen Daten dann heruntergeladen und in die KML-Datei übertragen. So können wir dann die Arbeit des nächsten Tages planen.
Einige Beispiele, wie wir dieses System verwendenKlicken Sie auf das Video, um zu sehen, wie wir Google Earth zur Dokumentation solcher Querschnitte verwenden. 1. Querschnitte anlegen: Einer der bemerkenswertesten Aspekte der Biologie der Grannenkiefer ist, dass lediglich einige wenige junge Bäume innerhalb von Gehölzen mit sehr alten oder bereits abgestorbenen Bäumen stehen. Grannenkiefersamen sind in lediglich einem von 50 Jahren fruchtbar und lebensfähig. Und dies gilt auch nur für bestimmte Flächen. Aus diesem Grund besteht ein Teil unseres Projektes darin, "laufende Querschnitte" durch Grannenkieferwälder in verschiedenen Höhen, Hanglagen und Böden zu erstellen. Der Beobachter vermisst dann alle kleinen Bäume, die sich innerhalb von 20 Metern längs seines Weges befinden. Diese Methode des Studiums junger Bäume wird uns dabei helfen, die Bedingungen zu ermitteln, die für die Aussaat und das Überleben von Grannenkiefern erfüllt sein müssen. Genau für diesen Projektteil verwendeten wir erstmals Google Earth, um vielversprechende Gebiete ausfindig zu machen. Das Video zeigt einen beispielhaften Querschnitt in einer Höhe von 3.160 bis 3.260 Metern über Kalkstein- und Granitfelsen (andere Querschnitte führen über andere Höhen, Hanglagen oder Felsarten). Wir maßen über Google Earth einen ca. 1,5 km langen Weg aus, der etwa der Distanz entspricht, die ein Team während eines 8-Stunden-Tages bearbeiten kann. Vor dem Aufbruch in das Gebiet untersuchten wir mithilfe der Neigungsfunktion von Google Earth den Weg, um zuverhindern, dass wir durch Gebiete mit lockerem Kalkstein gehen mussten, die zu steil für eine sichere Arbeit sind. Wir druckten dann verschiedene Ansichten der Luftbilder aus, damit die Teammitglieder ihr Gebiet finden konnten. Dann speicherten wir die Datei im KML-Format und verwendeten MacGPS Pro, um den Weg an die verschiedenen GPS-Geräte von Garmin zu übertragen. Im Feld konnten wir dann diesem Weg mithilfe der GPS-Geräte in etwa folgen und dabei alle kleinen Bäume 20 Meter beiderseits der Linie suchen und vermessen. Im Zuge der täglichen Datensammlung verzeichneten wir den Standort jedes Baumes, indem wir das Tracking-Feature des GPS verwendeten. So zeichneten wir den tatsächlichen Querschnitt auf, dem wir folgten, und der geringfügig von dem abwich, den wir über Google Earth geplant hatten. Nach der Rückkehr von unserer täglichen Wanderung übertrugen wir den tatsächlichen Weg direkt in Google Earth und verwendeten unser PHP-Skript, um die Ortsmarken mit Fotos und Informationen zu verlinken. Im Ergebnis brauchen wir nur noch auf eine Ortsmarke zu klicken, um ein Foto des Baumes und die über ihn erhobenen Informationen (beispielsweise geschätztes Alter, Höhe, Durchmesser am Boden und Stand der Samenbildung) zu erhalten. Wenn wir nun zu einem bestimmten Baum des Querschnittes zurückkehren möchten, kann jedes Teammitglied auf die Ortsmarke klicken, erhält ein Foto des Baumes und kann sich zu der Stelle begeben. Klicken Sie auf das Video, um einige von unseren isolierten Bäumen und eine unserer Schwerpunktstellen mit einigen Hundert Bäumen zu sehen. 2. Auf der Suche nach isoliert stehenden Bäumen: Ein anderer Teil unseres Projektes gilt dem Studium der Wachstumsmuster und der Zapfenproduktion bei solchen Bäumen, die mindestens 50 Meter entfernt von anderen Grannenkiefern stehen. Es geht hier also nicht um solche, die in dichter Ansiedlung leben. Zunächst suchten wir mit Google nach anscheinend isoliert stehenden Bäumen. Dann maßen wir den Abstand zwischen diesen Bäumen und anderen. Diese Bäume werden in unsere Master-KML-Datei übertragen und mit Bildern sowie Informationen in unserer Online-Datenbank verlinkt. 3. Einzelne Bäume an einem Standort beobachten: Ein Schwerpunkt unseres Projektes ist, den Alterungsprozess einer Gruppe von mehreren Hundert lebenden und abgestorbenen Bäumen an einem Standort zu verfolgen. Das verlangt von uns, dass wir mehrere Hundert Punkte innerhalb eines kleinen Gebietes dokumentieren und jeden Punkt mit einer individuellen Nummer und einem Foto zwecks Identifikation verbinden. Bei der Untersuchung des Gebietes steigt die Zahl solcher Punkte täglich an. Wir speichern eine Liste der Punkte in unserer Master-KML-Datei und verlinken jeden Punkt mit einem Foto aus unserer Online-Datenbank. Sobald eine Frage bezüglich der Daten oder des Alters eines bestimmten Baumes auftaucht, klicken wir auf den Punkt, erhalten ein Foto des Baumes, können den Punkt in unser GPS übertragen und zu der Stelle zurückkehren.
Ratschläge und ErfahrungenGoogle Earth hat den Fortgang der täglichen Feldforschung für unser Team enorm erleichtert. Es ermöglicht uns, eine große Menge von räumlichen Daten zu verfolgen, und zwar so, dass sie vielen verschiedenen Personen zugänglich sind. Hier sind ein paar Lektionen, die wir gelernt haben:
Alles in allem: Wenn Sie ein Anfänger bei der computergestützten Kartografie sind, können Sie keine einfachere Methode finden, räumliche Daten zu verwalten und zusammen mit anderen zu nutzen. Denjenigen, die bereits Erfahrungen mit den herkömmlichen GIS-Plattformen haben, empfehle ich als Alternative einmal Google Earth als Methode zu nutzen, um die Anzeige und gemeinsame Nutzung ihrer Daten zu beschleunigen.
LinksHier können Sie die KML-Datei herunterladenBesondere Empfehlung: The Bristlecone Book: A Natural History of The World's Oldest Trees, von Ronald M.Larner
AutorenAdelia Barber, Doktorandin der Ökologie und Evolutionsbiologie an der Universität von Kalifornien in Santa CruzDiese Forschungen wurden ermöglicht durch: Daniel Doak (Professor, University of Wyoming), Tom Harlan (University of Arizona), George Grossman, Keren Crum, Marcos Grabiel, Nathan Diem, Elizabeth Hooshiar, Jeff Garcia, Colin Maher, Leonard Miller, Daniel Nagy, das STEPS Institute und die National Science Foundation.
KontaktAdelia Barber, adelia@biology.ucsc.edu |
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