Kontaminationsmonitoring von Bergbaurückständen. Ermittlung des pH-Wertes in Tagebauseen über Satellitenbildauswertung

Inhaltsverzeichnis

• 1. Einleitung
  • 1.1 Aufgabenstellung
  • 1.2 Gliederung der Arbeit
• 2. Bergbaubedingte Geochemische Prozesse
  • 2.1 Veränderung der Landschaftsmorphologie
  • 2.2 Veränderung des Wasserhaushalts
  • 2.3 Veränderung des Stoffhaushalts
  • 2.4 Einfluss von Schwermetallen
    • 2.4.1 Wechselwirkung Schwermetalle-Böden
    • 2.4.2 Wechselwirkung Schwermetalle-Pflanzen
  • 2.5 Einfluss des pH-Wertes
    • 2.5.1 Bildung eines niedrigen pH-Wertes
    • 2.5.2 Auswirkung des pH-Wertes auf den ökologischen Kreislauf
  • 2.6 Eisenverbindungen
  • 2.7 Zusammenfassung
• 3. Sentinel-Satellitenprogramm
  • 3.1 Copernicus-Programm
  • 3.2 Sentinel-2
    • 3.2.1 Sentinel-2-Mission
    • 3.2.2 Satelliteneigenschaften
    • 3.2.3 Sensoreigenschaften
    • 3.2.4 Bereitstellungsstände
    • 3.2.5 Atmosphärische Korrektur
• 4. Verfahren
  • 4.1 Indexbildung
    • 4.1.1 Green Leaf Index
    • 4.1.2 Anthocyanin Reflectance Index 2
    • 4.1.3 Modified Normalized Water Index
  • 4.2 Spektrale Analysemethoden
    • 4.2.1 Spectral Angle Mapper Classification
    • 4.2.2 Spectral Information Divergence
  • 4.3 Zusammenfassung
• 5. Ermittlung des pH-Wertes von TRL über Sentinel-2-Daten
  • 5.1 Untersuchungszeitraum
  • 5.2 Untersuchungszeitraum
  • 5.3 Vorverarbeitung der Sentinel-2 Images
  • 5.4 Ermittlung des pH-Wertes in TRL über Detektion von Eisenverbindungen
    • 5.4.1 Erstellung einer Gewässermaske
    • 5.4.2 Vorbemerkung
    • 5.4.3 Detektion von Jarosit mittels SAM
    • 5.4.4 Detektion von Schwertmannit mittels SAM
    • 5.4.5 Detektion von Ferrihydrit mittels SAM
    • 5.4.6 Detektion von Jarosit mittels SID
    • 5.4.7 Detektion von Schwertmannit mittels SID
    • 5.4.8 Detektion von Ferrihydrit mittels SID
    • 5.4.9 Zusammenfassung
  • 5.5 Ermittlung des pH-Wertes von TRL über Pflanzen um TRL
    • 5.5.1 Vorbereitung
    • 5.5.2 Untersuchung der Beprobungsstellen mittels GLI
    • 5.5.3 Untersuchung des Außenbereichs der TRL mittels Change Detection
    • 5.5.4 Zusammenfassung
  • 5.6 Ermittlung des pH-Wert von TRL über Algen
    • 5.6.1 Vorbereitung
    • 5.6.2 Untersuchung von im TRL lebenden Algen mittels ARI2
    • 5.6.3 Zusammenfassung
  • 5.7 Zusammenstellung der Ergebnisse
• 6. Diskussion
  • 6.1 Zusammenhang von pH-Wert und Jarosit, Schwertmannit bzw. Ferrihydrit
  • 6.2 Zusammenhang von pH-Wert und Entwicklung von Pflanzen um TRL
  • 6.3 Zusammenhang von pH-Wert und Algen im TRL
• 7. Eignung von Sentinel-2 zur Ermittlung des pH-Wertes von TRL
  • 7.1 Spektrale Auflösung
  • 7.2 Geometrische Auflösung
  • 7.3 Zeitliche Auflösung
  • 7.4 Zusammenfassung
• 8. Ausblick

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Arbeit untersucht die Eignung von Sentinel-2-Daten zur Detektion von bergbaubedingten Kontaminationen, insbesondere die Ermittlung des pH-Wertes in Tagebaurestlöchern (TRL).

• Identifizierung bergbaubedingter geochemischer Prozesse und deren Einfluss auf die Umwelt.
• Anwendung von Fernerkundungsverfahren (Indexbildung, SAM, SID) zur Detektion von Kontaminationen.
• Analyse des Zusammenhangs zwischen pH-Wert und Eisenverbindungen (Jarosit, Schwertmannit, Ferrihydrit).
• Untersuchung des Einflusses des pH-Wertes auf das Pflanzenwachstum im Umfeld der TRL.
• Bewertung des Einflusses des pH-Wertes auf Algenpopulationen in den TRL.

Zusammenfassung der Kapitel

Kapitel 1 beschreibt die Aufgabenstellung und die Gliederung der Arbeit. Kapitel 2 leuchtet die geochemischen Prozesse auf, die durch Bergbau entstehen und zu Kontaminationen führen, mit Fokus auf Schwermetalle und pH-Wert. Kapitel 3 erläutert das Copernicus Programm und die Sentinel-2 Mission. Kapitel 4 präsentiert die verwendeten Verfahren zur Datenanalyse, inklusive Indexbildung und spektraler Analysemethoden. Kapitel 5 beschreibt die Ermittlung des pH-Wertes über verschiedene indirekte Indikatoren mithilfe von Sentinel-2 Daten. Kapitel 6 vergleicht die Ergebnisse mit bestehenden Literaturdaten und diskutiert die Aussagekraft. Kapitel 7 bewertet die Eignung der Sentinel-2 Mission für die Fragestellung.

Schlüsselwörter

Kontaminationsmonitoring, Bergbaurückstände, Tagebaurestlöcher (TRL), Fernerkundung, Sentinel-2, pH-Wert, Eisenverbindungen (Jarosit, Schwertmannit, Ferrihydrit), Pflanzenwachstum, Algen, Spektrale Analyse, SAM, SID, Green Leaf Index (GLI), Anthocyanin Reflectance Index 2 (ARI2), Modified Normalized Water Index (MNWI).