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Ein digitales Geländeprofil erstellen

M 1: Ein digitales Geländeprofil mit Google-Earth erstellen (Google Earth. ©2019 Google LLC, used with permission. Google and the Google logo are registered trademarks of Google LLC)

Digitale Werkzeuge wie der virtuelle Globus Google Earth oder das Geowerkzeug „Digitale Geländeanalyse“ des Landesmedienzentrums Baden-Württemberg lassen sich vielseitig im Unterricht einsetzen, z. B. zur Erstellung eines digitales Geländeprofils. Das ist sowohl submarin als auch an Land möglich – und verspricht interessante Erkenntnisse. 

Die Vermessung der Erde

Satellitenbilder und physische Karten zeigen das Relief der Erde in zweidimensionaler Darstellung. In physischen Karten sind die unterschiedlichen Höhenschichten durch verschiedene Farben gekennzeichnet. So kann die Landfläche von grünen Niederungen bis in braun eingefärbte Gebirge reichen, die Meeresflächen von hellblauen geringen Meerestiefen bis in die dunkelblauen Tiefseegräben. In Höhenlinienkarten werden die Formen durch den Verlauf der Isohypsen sichtbar.

In Echtfarben-Satellitenbildern, wie sie z. B. in digitalen Kartendiensten zu finden sind, werden diese Höheninformationen nicht direkt angezeigt. Wenn die Satellitenbilder, wie bei dem virtuellen Globus Google Earth, auf ein digitales Geländemodell der Erde projiziert werden, kommen sie allerdings zum Vorschein. Dabei ist es sogar möglich, für jeden Ort der Erde mit dem Mauszeiger die jeweilige Höheninformation anzuzeigen. Doch woher stammen diese Höheninformationen?

Das dafür weltweit notwendige digitale Höhenmodell ist das Ergebnis verschiedener Satelliten- und hydrografischer Techniken zur Vermessung der Erde. Wichtig für die Landfläche war die Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) im Jahre 2000. Das Raumschiff „Space Shuttle Endeavour“ hat dabei fast die gesamte Landfläche mit einer horizontalen Auflösung von 30 m und einer Höhengenauigkeit von 6 m vermessen. Die Meeresbodenforschung begann sogar vor über 100 Jahren mit bis zu 8 000 m tiefen Lotmessungen. Trotzdem ist der Meeresboden bis heute nur auf einer Fläche von etwa 15 % mithilfe von Vermessungsschiffen (Echolotmessungen) detailliert kartiert. Für die Bestimmung der Meerestiefen nicht kartierter Gebiete werden auch Satelliten verwendet, die minimale Unterschiede in der Verformung des Meeresspiegels messen (Satellitenaltimetrie). Daraus kann dann aufgrund der damit zusammenhängenden Schwerkraftvariationen − die auch von der Tiefe des Ozeanbodens abhängen − indirekt auf das submarine Relief geschlossen werden. Ein wichtiger Entwicklungsschritt für das globale Abbild der Meeresböden ist das Projekt „Seabed 2030“, ein Gemeinschaftsprojekt der Nippon Foundation und der General Bathymetric Chart of the Oceans (GEBCO). Ziel ist es, alle verfügbaren bathymetrischen Daten zusammenzuführen, um die endgültige Karte des Meeresbodens der Welt bis 2030 zu erstellen und für jedermann verfügbar zu machen. Das Projekt startete auf der Ozeankonferenz der Vereinten Nationen (UN) im Juni 2017. Es dient dem UN-Ziel Nr. 14 für nachhaltige Entwicklung, die Ozeane, Meere und Meeresressourcen zu erhalten und nachhaltig zu nutzen.

Wissenschaftler/innen der Fraunhofer Gesellschaft in Karlsruhe arbeiten an autonomen Tiefseedrohnen, welche die Vermessung des Meeresbodens revolutionieren sollen. Die Daten der Vermessungsschiffe sowie der Satelliten und die Interpolationen für Bereiche ohne Datengrundlagen ermöglichen die Erstellung eines digitalen Geländemodells (DGM) der gesamten Erdoberfläche, sowohl von den Landflächen als auch den Meeresböden. So entsteht ein umfassendes Bild des gesamten Reliefs unserer Erde. Über virtuelle Globen und digitale Kartendienste ist die Reliefdarstellung leicht zugänglich. Mithilfe von Geowerkzeugen kann sie im Unterricht für eine detailliertere Betrachtung und räumliche Analysen verwendet werden.

Vom digitalen Geländemodell zum digitalen Geländeprofil

Die Geodaten, mit denen die Höhen und Tiefen auf unserem Planeten erfasst werden, stellen die Grundlage für die Höhenschichten- und Höhenlinienkarten dar. Außerdem können sie zur grafischen Darstellung von digitalen Geländemodellen und -profilen der Erdoberfläche verwendet werden. Dazu zeichnet man eine Profillinie, welche entlang eines gedachten Schnitts durch das Relief erfolgt, und stellt zu jedem Punkt auf der Profillinie die Höhe dar. So erhält man ein digitales Geländeprofil, also ein Diagramm mit den Höhenangaben auf der y-Achse und der Profillinie auf der x-Achse. Digitale Geländeprofile als Geoinformationen sind eine wichtige Grundlage, um physisch-geographische Strukturen sowie geomorphologische und geologische Prozesse sowohl an der Erdoberfläche als auch submarin sichtbar zu machen. Auf dem Festland können damit z. B. Talformen, Vulkantypen, Festlandsgräben oder Schichtstufen analysiert werden. Im Zusammenhang mit der Oberflächengestalt der Meeresböden können Tiefseerinnen, Ozeanische Rücken, Inseln und Schelfe geomorphologisch erfasst werden. Interessant sind auch die Übergänge von Meer und Land, vor allem dann, wenn plattentektonische Prozesse zu den formenden Kräften gehören – so wie in dem dargestellten Beispiel des submarinen Reliefs.

Ein digitales Geländeprofil mithilfe des virtuellen Globus Google Earth erstellen

Noch ist das folgende Vorgehen nur mit der installierten Version von Google Earth pro möglich (kostenlos verfügbar).

1. Schritt: Kartenausschnitt wählen

Bewege dich mithilfe der linken Maustaste (gedrückt halten und Maus bewegen) auf der Erdoberfläche zu dem Ausschnitt, in dem das Geländeprofil liegen soll. Du kannst auch das Feld „Suchen“ links oben nutzen, um einen Ort anzusteuern.
Wähle durch Drehen des Mausrades die passende Zoom-Einstellung. Dadurch kannst du den Bildbereich so wählen, dass einerseits alles Wichtige gut erkennbar ist (z. B. durch den Krater eines Vulkans oder die Insel, die aus dem Meer ragt) und andererseits auch alles im Bildausschnitt zu sehen ist.

2. Schritt: Werkzeug auswählen


M 2: Das Lineal-Werkzeug auswählen (Google Earth. ©2019 Google LLC)

Für die Erstellung eines Geländeprofils eignen sich sowohl das Werkzeug „Pfad zeichnen“ als auch das „Lineal“. Einfacher zu handhaben ist das Lineal. Beide Werkzeuge finden sich in der Symbolleiste. Im Folgenden wird das Verfahren für das Lineal-Werkzeug erklärt.

Nach dem Klick auf das Lineal-Symbol öffnet sich ein Fenster. In diesem kannst du über einen Reiter auswählen, ob eine Linie oder ein Pfad erstellt werden soll. Eine Linie hat einen Anfangs- und Endpunkt, ein Pfad kann auch Zwischenpunkte besitzen. Mit einem Pfad kann man sowohl „um Ecken messen“ als auch ein Profil mit Richtungsänderung zeichnen.

3. Schritt: Anfangs- und Endpunkt festlegen


M 3: Das Lineal-Werkzeug (Google Earth. ©2019 Google LLC)

Setze nun den Anfangspunkt. Ziehe die sich ausstreckende Profillinie über das gewünschte Gebiet bis zum Endpunkt. Klicke mit der linken Maustaste zum Festlegen des Endpunktes. Als Ergebnis dieser Messung erhältst du die Strecke zwischen Anfangs- und Endpunkt. Wähle dazu die gewünschte Einheit aus, z. B. „Kilometer“.

4. Schritt: Profillinie benennen

Klicke nun auf „Speichern“. Ein weiteres Fenster öffnet sich: Ersetze dort die vorgegebene Bezeichnung „Linienmesswert“ durch einen eigenen aussagekräftigen Namen, z. B. „Geländeprofil Atlantischer Ozean“.

5. Schritt: Profillinie anpassen


M 4: Die Höhe der Profillinie anpassen (Google Earth. ©2019 Google LLC)

Um im Bereich der Ozeane ein Profil des Meeresbodens zu erhalten, muss die Höhe der Profillinie angepasst werden. Dies kannst du tun, indem du den Reiter „Höhe“ anklickst und dort „Meeresgrundgebunden“ auswählst. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, damit das Höhenprofil in Schritt 7 auch die Gestalt des Meeresbodens darstellt.

6. Schritt: Speichern der Profillinie

Klicke dann auf „OK“ und die Profillinie erscheint als Ebene links im Fenster „Orte“.

7. Schritt: Profil anzeigen lassen


M 5: Das Höhenprofil anzeigen (Google Earth. ©2019 Google LLC)

licke nun mit der rechten Maustaste auf die Ebene mit der von dir gewählten Bezeichnung. Wähle in dem sich öffnenden Menü „Höhenprofil anzeigen“ aus. Das Profil erscheint in einem neuen Fenster unter der Profillinie.

8. Schritt: Profildarstellung anpassen

Wenn die Darstellung des Reliefs zu flach ist, können die interessanten geographischen Phänomene der Oberflächengestalt nur schwer oder gar nicht erkannt werden. Wenn die Darstellung übertrieben hoch ist, werden die zu untersuchenden Formen verzerrt und man erkennt sie nicht mehr. Deswegen ist eine geeignete Überhöhung wichtig. Im virtuellen Globus Google Earth ist dies grafisch möglich. Verschiebe dazu die obere Kante des Fensters mit dem Höhenprofil, indem du sie bei gedrückter linker Maustaste nach oben oder unten verschiebst. Damit verändert sich auch die Überhöhung.

Anleitung zur Erstellung eines digitalen Geländeprofils mithilfe des Geowerkzeuges „Digitale Geländeanalyse“ des Landesmedienzentrums Baden-Württemberg

Die Anwendung ist online verfügbar und muss nicht installiert werden. Ein ausführliches Tutorial des Geowerkzeuges „Digitale Geländeanalyse“ sowie wertvolle Materialien für dessen unterrichtlichen Einsatz finden sich auch direkt auf der Benutzeroberfläche des Programms (Symbolleiste: PDF-Symbol – „Frei zugängliche Dokumente“).

1. Schritt: Eine Grundkarte wählen


M 6: Eine Grundkarte wählen (www.lmz-bw.de)

Je nach Aufgabe kann es nützlich sein, eine Grundkarte in Form eines Satellitenbildes, einer Reliefkarte, einer Höhenlinienkarte oder einer topografischen Karte zu sehen. Setze dazu ein Häkchen bei der gewünschten Grundkarte.

2. Schritt: Kartenausschnitt wählen

Bewege dich mithilfe der linken Maustaste (gedrückt halten und Maus bewegen) auf der Erdoberfläche zu dem Ausschnitt, in dem das Geländeprofil liegen soll. Wähle durch Drehen des Mausrades die passende Zoom-Einstellung. Dadurch kannst du einerseits den Bildbereich so wählen, dass alles Wichtige gut erkennbar ist (z. B. durch den Krater eines Vulkans oder die Insel, die aus dem Meer ragt) und andererseits auch alles im Bildausschnitt zu sehen ist.

3. Schritt: Werkzeug auswählen


M 7: Ein Zeichenwerkzeug auswählen (www.lmz-bw.de)

Aktiviere mit einem Linksklick auf den Button das Zeichenwerkzeug für eine Profillinie („Elevation Profile“).

4. Schritt: Anfangs- und Endpunkt festlegen

Lege anschließend mit einem Linksklick in die Karte den Anfangspunkt der Linie fest. Ziehe dann eine Linie zum Zielpunkt, ohne eine Maustaste zu drücken. Ein Klick mit der linken Maustaste beendet das Zeichnen. Automatisch erscheint ein Fenster mit dem Landschaftsprofil.

5. Schritt: Skalierung der y-Achse und Überhöhungsfaktor festlegen

Wenn die Darstellung des Reliefs zu flach ist, können die interessanten geographischen Phänomene der Oberflächengestalt nur schwer oder gar nicht erkannt werden. Wenn die Darstellung übertrieben hoch ist, werden die zu untersuchenden Formen verzerrt und man erkennt sie nicht mehr. Deswegen ist eine geeignete Überhöhung wichtig. Dazu kannst du neben dem Profil die „vertikale Überhöhung“ anpassen.

6. Schritt: Speichern der Profillinie

Eine im Geoportal gezeichnete Profillinie kann abgespeichert werden. Klicke dazu links oben auf den Button „Profil exportieren“. Das Profil wird automatisch als PNG-Datei mit der Endung „.png“ im Download-Ordner gespeichert.

Aufgaben zur Interpretation des digitalen Geländeprofils


M 8: Das submarine Relief (Grafik: Wolfgang Schaar, Grafing)

Die Fertigstellung eines Profils ist der Anfang der Interpretation der geomorphologischen Formen.

1. Digitales Geländeprofil im Atlantischen Ozean
a)     Beschreibe das Profil des Meeresbodens durch den Atlantik. Verwende dafür auch die Fachbegriffe für das submarine Relief (siehe Grafik M 8).
b)     Erkläre die Entstehung der Formen durch plattentektonische Prozesse.

2. Das submarine Relief weltweit
a)     Wo gibt es die in der Abbildung „Submarines Relief“ dargestellten Formen in den Weltmeeren? Analysiere dazu den Meeresboden weltweit mithilfe von Satellitenbildern im virtuellen Globus Google Earth oder im Geowerkzeug „Digitale Geländeanalyse“. Wähle Bereiche aus, in denen du bestimmte Reliefformen vermutest, und beschreibe deren Lage.
b)     Erstelle für die von dir ausgewählten Bereiche des Meeresbodens digitale Geländeprofile und charakterisiere die dort vorhandenen submarinen Reliefformen. Ordne diese anschließend, wenn möglich, einer in der Abbildung „Submarines Relief“ dargestellten Form zu.

3. Erkläre die Entstehung der Formen durch die dafür verantwortlichen plattentektonischen Prozesse.

Im Kontext:
Systemisches Denken: Ein Wirkungsgefüge mit Unterstützung digitaler Medien


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Arbeitsblatt: Digitales Geländeprofil erstellen (application/octet-stream 5.4 MB)


Linktipp

Landtopographie der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) mit gemessener (Sonar, Satellitenaltimetrie) und interpolierter Meeresbodentopographie

TERRA X: Die Vermessung der Erde (1/2) − mit Harald Lesch, Von Kolumbus bis ins All.

Projekt „Seabed 2030“


Autorin/Autor:

Andreas Schmid

Lehrer am Max-Planck-Gymnasium in Nürtingen für die Fächer Geographie, Chemie, NWT und Medienbildung. Fachberater für Unterrichtsentwicklung im Fach Geographie der allgemeinbildenden Gymnasien am Zentrum für Schulqualität und Lehrerbildung (ZSL) Baden Württemberg

TERRASSE online
www.klett.de/terrasse
Datum: 25.02.2020


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