Die Folgen des Klimawandels sind besonders stark in den höheren Breiten unseres Planeten zu spüren. Die Arktis erwärmt sich derzeit überdurchschnittlich schnell. Dies führt zum Auftauen von Permafrost (dauerhaft gefrorenen Böden) mit ernsthaften Konsequenzen für das arktische Ökosystem. Etwa ein Viertel der Landfläche in der Nördlichen Hemisphäre ist durch Permafrost gekennzeichnet. Darin sind große Mengen Kohlenstoffs eingelagert, die beim Auftauen der Permafrostböden in Form von Kohlendioxid und Methan freigesetzt werden. Daher besteht die Gefahr, dass die Erderwärmung durch Abtauen des Permafrosts weiter verstärkt wird.
Im Gegensatz zu Gletschern ist Permafrost nicht unmittelbar auf der Erdoberfläche sichtbar und daher schwieriger durch Fernerkundungsdaten zu überwachen. Wie können also zuverlässige und aktuelle Daten über das Abtauen des Permafrost gesammelt werden, um die wissenschaftliche Klimafolgenabschätzung zu informieren? Das Team des HeiGIT und unsere Partner – das Alfred Wegener Institut (AWI) Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) – setzen hierbei auf die Mithilfe von Bürgerwissenschaftler*innen bei dem in Kürze anlaufenden Projekt „UndercoverEisAgenten“.
Die Idee: Beteiligung von Bürger*innen
Schulklassen sowohl in Kanada als auch in Deutschland werden zusammenarbeiten, um gemeinsam Daten über Veränderungen der Erdoberfläche zu erzeugen und einzuordnen, die auf ein Abtauen von Permafrost hindeuten. Gemeindemitglieder und Schüler*innen sowohl in Aklavik (Region Inuvik, Nordwest-Territorien, Kanada) werden mit Hilfe von Drohnen hochauflösende Luftaufnahmen der arktischen Erdoberfläche sammeln. Diese Bilddaten werden verarbeitet und in kleine, handhabbare Kartierungsaufgaben („Micro-Tasks“) aufgeteilt, die durch Schüler*innen und Bürgerwissenschaftler*innen erledigt werden können – sogar auf dem Smartphone. Durch den Beitrag der Bürgerwissenschaftler*innen entsteht ein einzigartiger Referenzdatensatz, der von großem Nutzen sein wird, um die Qualität der Fernerkundungs-gestützten Überwachung und Vorhersage von Permafrostdegradierung zu verbessern.
Dieser Prozess wird aber nicht nur die Verfügbarkeit von wichtigen Daten verbessern, sondern auch Bürger*innen in die Permafrostforschung und den wissenschaftlichen Diskurs einbinden. Schüler*innen in Deutschland werden sich mit Gleichaltrigen in der kanadischen Arktis austauschen und so ein unmittelbareres Verständnis der Folgen des Klimawandels erlangen.
Das Projekt beginnt in enger Zusammenarbeit mit der Schule in Aklavik und drei Schulen in Deutschland – in Jena, Heidelberg und Berlin. Später wird der Ansatz ausgeweitet auf außerschulische Lernorte, die interessierte Öffentlichkeit und die wissenschaftliche Gemeinschaft.
Das Projekt: UndercoverEisAgenten
Das Projekt ist eines von 15 neuen Bürgerforschungs-Projekten, die durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert werden. Die institutionellen Partner ergänzen sich mit ihrer Expertise: die Sektion Permafrostforschung in Potsdam setzt ein breites Portfolio an Projekten um, die auf die Früherkennung und die Vorhersage von auftauendem Permafrost zielen. Die Abteilung Citizen Science am DLR Institut für Datenwissenschaften in Jena bietet wertvolle Erfahrung mit der Entwicklung von IT-basierten Strategien für Citizen Science, mit der Nutzbarmachung von öffentlich verfügbaren Daten, mit der Evolution öffentlicher Beteiligungsformate und innovativer Bildungskonzepte sowie mit der Entwicklung von Tools zum Wissens- und Datenmanagement für Citizen Science.
Der Beitrag des HeiGIT
Das durch die Klaus Tschira Stiftung (KTS) geförderte HeiGIT hat sich zum Ziel gesetzt, Wissen und innovative Technologie aus der Geoinformatikforschung in die Praxis zu übertragen. Gemeinsam mit der Abteilung Geoinformatik der Universität Heidelberg, die als assoziierter Partner beteiligt ist, wird es zu diesem Projekt substanziell durch die Entwicklung einer Methode für die Crowdsourcing-basierte Kartierung von Permafrost beitragen. Eine Mapping-Anwendung wird es Bürgerwissenschaftler*innen ermöglichen, in durch Mittel der Fernerkundung erzeugten Bilddaten Veränderungen an der Erdoberfläche als Anzeichen für tauenden Permafrost zu erkennen und zu kartieren. Die Web-Plattform „UndercoverEisAgenten” wird wissenschaftliche Information zur Verfügung stellen und der Öffentlichkeit Zugang zu den Ergebnissen des Kartierungsprojektes bieteen.
Bei der Umsetzung dieser Aufgaben wird HeiGIT auf die Erfahrungen mit der Entwicklung von Tools für „Volunteered Geographic Information“, für Datenqualitätsbewertung und für „Micro-Tasking“ aufbauen können – vor allem auf die Erfahrung mit der Smartphone-App MapSwipe, die den Global Mobile Award gewonnen hat. Diese wurde ursprünglich als Teil von Missing Maps entwickelt und im Crowdsourcing von Daten für humanitäre Zwecke eingesetzt. In Zusammenarbeit mit dem AWI wurde MapSwipe bereits für die Permafrost-Kartierung angepasst und so im Rahmen einer Ausstellung auf der MS Wissenschaft der Öffentlichkeit präsentiert.
Das HeiGIT-Team freut sich auf die Umsetzung dieses spannenden und äußerst relevanten Projektes zusammen mit den Partnern und Beteiligten!
English Version:
“UndercoverEisAgenten” – Enabling Citizen Scientists to Monitor Permafrost Degradation
The impact of climate change is particularly strong in higher latitudes. The Arctic is currently warming up at a much higher pace than the global average. This leads to thawing the permafrost (permanently frozen soil) with severe consequences for the Arctic ecosystem. Permafrost makes up about 25 % of the land area in the Northern Hemisphere and stores large amount of carbon. Thawing of permafrost can further amplify global warming by releasing significant amounts of the greenhouse gases CO2 and methan.
Unlike glaciers, permafrost is not directly visible on the earth’s surface and difficult to monitor. How could one possible gather reliable and up-to-date data on permafrost thaw for scientific climate impact assessments? The team at HeiGIT – and our partners at the Alfred Wegener Institute (AWI) Helmholtz Centre for Polar and Marine Research and the German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR) – count on citizen scientists to help out in the upcoming project “UndercoverEisAgenten”.
The Idea: A Citizen Science Approach
School classes both in Canada and in Germany will work together to generate and classify data on land surface disturbances caused by thawing permafrost. Members of the community and students from Aklavik (in the Inuvik Region of the Northwest Territories, Canada) will operate drones to capture high-resolution imagery of the Arctic land surface. The imagery is processed and divided into manageable batches of simple mapping tasks (“micro tasks”) that can be solved by students (and other citizen scientists) — even on a smartphone. Through the citizen scientists’ contribution, a unique reference data set is created – and will be very valuable for improving the quality of remote sensing based permafrost degradation monitoring and prediction.
Not only will this process lead to providing important data, but also involve citizens in the scientific process of permafrost research. Students in Germany will exchange with their peers in Canada and gain a much more immediate understanding of climate change and its consequences.
The project will start out in close cooperation with the school in Aklavik and three schools in Germany — in Jena, Heidelberg and Berlin. Later on, the approach will be disseminated to extracurricular learning places, the interested public and the scientific community.
The Project: “UndercoverEisAgenten”
The project is one of 15 new citizen science projects funded by the German Federal Ministry of Education and Research. The institutional partners bring in strong expertise in different relevant areas. AWI’s Permafrost Research Section in Potsdam has a large portfolio of projects aimed at early detection and forecasting of permafrost degradation. DLR’s Department for Citizen Science in Jena offers valuable experience with the development of IT based strategies for Citizen Science, with the utilization of open data, the evolution of formats for participation and innovative educational concepts as well as with the development of tools for knowledge and data management.
HeiGIT’s contribution
The HeiGIT is supported by the Klaus Tschira Foundation (KTS) and has the goal of transferring knowledge and innovative technologies from geoinformatics research into practice. Together with the GIScience group at Heidelberg University as an associated partner, it will substantially contribute to this project by developing a method for crowdsourcing-based permafrost mapping. A mobile app will enable citizen scientist to identify and map surface disturbances caused by thawing permafrost in the Arctic from remote sensing imagery. The web platform “UndercoverEisAgenten” will provide scientific information and access to the results of the mapping project to the public.
In this task, the HeiGIT team will rely on its vast experience with the development of tools for Volunteered Geographic Information (VGI), data quality assessment and micro-tasking – first and foremost the Global Mobile Award winning smartphone app MapSwipe. The app was originally created as part of the Missing Maps project and used in crowdsourcing data for humanitarian purposes – one swipe at a time. In cooperation with AWI, MapSwipe was adapted for permafrost mapping and presented to the public as part of the exhibition on the MS Wissenschaft.
The HeiGIT team is looking forward to implementing this exciting and very relevant project together with the partners and stakeholders!