Wie Google Earth Engine die Art und Weise, wie wir die Entwaldung überwachen, revolutioniert hat

Von Jéssica Maes, Umweltreporterin bei Folha de S.Paulo, die Teil des Emerging Media Leaders-Programms des International Center For Journalism ist.

Das Ausmaß der Natur kann sehr schwer zu verstehen sein. Der Amazonas, der größte Regenwald der Erde, erstreckt sich beispielsweise über fast 2,6 Millionen Quadratmeilen und erstreckt sich über die Grenzen von neun Ländern. Das ist mehr als doppelt so groß wie Indien und entspricht 68 Prozent der Gesamtfläche der USA.

Der Versuch, etwas so Großes zu schützen, ist eine Herausforderung von ähnlicher Größe und Komplexität, die jedoch durch die Earth Engine von Google erleichtert wurde, einen Geodatenverarbeitungsdienst für Forscher und andere Experten für öffentliche Ordnung. Mit seiner Einführung im Jahr 2010 hat es die Art und Weise, wie Wissenschaftler Waldverluste auf der ganzen Welt verfolgen können, völlig verändert, indem es den Prozess viel schneller und umfassender gemacht hat – und alles begann mit der Neugier einer Person.

Im Jahr 2005 erfuhr die Google-Ingenieurin Rebecca Moore von einem neuen Holzeinschlagprojekt in der Nähe ihres Hauses in den Santa Cruz Mountains im Norden Kaliforniens. Obwohl der Projektplan von den Entwicklern mit ihrer Community geteilt wurde, war er kaum informativ oder transparent.

„Es war ein 400-seitiges Dokument mit einer skizzenhaften Schwarz-Weiß-Karte, die niemand verstehen konnte. Niemand konnte sagen, wo es sein würde, geschweige denn die Einzelheiten dessen, was vorgeschlagen wurde“, sagt sie.

Als selbsternannte Kartenfreakin beschloss sie, Google Earth zu nutzen, das globale Visualisierungstool, das einige Jahre zuvor veröffentlicht wurde, um sich das Zielgebiet von 1.000 Hektar anzusehen. Die hochauflösenden Satellitenbilder zeigten, was die 400 Seiten nicht zeigten: Das Projekt würde sich nicht nur auf das tägliche Leben der 2.000 Menschen in der Gemeinde auswirken, sondern auch auf die Bewohner der gesamten Silicon Valley-Gemeinde, die ihr Trinkwasser aus dieser Region bezogen.

Das Gebiet bestand aus Küstenmammutbäumen, einer vom Aussterben bedrohten Mammutbaumart, zu der einige der höchsten lebenden Bäume und die langlebigsten Organismen der Erde gehören.

„Es stellte sich heraus, dass die Hubschrauber landen und starten und die Baumstämme über den Kindergarten und die Kindertagesstätte transportieren würden“, erinnert sie sich. „Es sollte bis auf 100 Meter an drei Schulen heranreichen.“

Mit einem weniger als zweiminütigen Überflugvideo konnte sie die Community mobilisieren und schließlich das Protokollierungsprojekt stoppen. „Wenn man das Ausmaß der Zerstörung sieht und sieht, wo die Abholzung stattfindet, erhält man Einblicke in die Ursachen, welche Gebiete stärker bedroht sind und mehr Schutz benötigen“, sagt Moore, der heute Direktor von Google Earth, Earth Engine und Outreach ist.

Obwohl es sich um ein relativ kleines Gebiet handelte und sich nur auf einen bestimmten Moment konzentrierte, weckte die Möglichkeit, mithilfe von Google Earth dabei zu helfen, das Abholzungsprojekt zu stoppen, in Moore die Idee, dass eine ähnliche Überwachung der Wälder auf der Welt durchgeführt werden könnte. Damit es funktioniert, müssten die Forscher jedoch Zugriff auf eine riesige Datenbank und Tools zur Verarbeitung all dieser Daten haben – das war der Keim der Google Earth Engine.

Bis dahin wurden Karten und Satellitenbilder in verschiedenen Institutionen wie der NASA und anderen Regierungsbehörden gespeichert, und Wissenschaftler mussten diese Informationen sammeln und auf ihre Computer herunterladen, und erst dann konnten sie mit der Analyse beginnen. Es kam zum richtigen Zeitpunkt, die Zusammenstellung dauerte Wochen und war aufgrund der benötigten Hardware-Leistung kostspielig.

„Google Earth Engine verändert dieses Paradigma“, erklärt Gilberto Câmara, Informatiker und ehemaliger Direktor des brasilianischen Nationalen Instituts für Weltraumforschung (INPE). „Statt dass die Daten dorthin gehen, wo sich die Software befindet, also zu Ihrem Computer, geht die Software dorthin, wo sich die Daten befinden, also zu Google.“

Der Technologieriese sammelte die frei zugänglichen Satellitenbilder von Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt, von den USA über Europa bis nach Brasilien, lud sie in seinen Cloud-Dienst hoch und stellte sie Wissenschaftlern zusammen mit Programmierfunktionen zur Verarbeitung der Daten zur Verfügung. „Dies profitiert offensichtlich stark von Googles Fähigkeit, ein Big-Data-Warehouse zu sein“, sagt Câmara.

„Wir nutzen die Google-Rechenzentren, um täglich Tausende und Abertausende Bilder von Hunderten von Satelliten und anderen Datenquellen einzuspeisen und sie in einer für die Analyse bereiten Form zu speichern“, sagt Moore.

Das erste Ziel all dieser Maschinenkraft war der größte Tropenwald der Welt. Am Amazon Institute of People and the Environment (Imazon), einer gemeinnützigen Organisation, wurde das erste betriebsfähige Waldüberwachungssystem auf Earth Engine aufgebaut. Es wurde in sein Deforestation Alert System integriert, um monatlich über das Tempo der Waldschädigung und Entwaldung im brasilianischen Amazonasgebiet zu berichten.

Dieser Arbeit folgte eine bahnbrechende Analyse. Es wurde 2013 in Science veröffentlicht und war die erste hochauflösende Karte der Wälder der Welt und ihrer Veränderungen in den letzten 12 Jahren.

„Das war noch nie zuvor gemacht worden, und der Grund dafür war: Es erforderte mehr als eine Million Rechenstunden. Da wir es aber auf 10.000 Computern parallel laufen ließen, hatten wir das Ergebnis innerhalb weniger Tage. Auf einem einzigen Computer wäre es möglich.“ haben 15 Jahre gedauert“, erklärt Moore.

Wenn es um den Klimawandel geht, spielt Energie eine große Rolle, da die Welt immer noch stark von fossilen Brennstoffen abhängig ist. Allerdings ist die Entwaldung auch ein wichtiger Faktor für den globalen Temperaturanstieg – nicht nur, weil dadurch die Menge der verfügbaren Kohlenstoffspeicher verringert wird, sondern auch aufgrund des durch die Waldzerstörung freigesetzten Kohlenstoffs. Das ist im Fall Brasiliens besonders wichtig.

Den neuesten offiziellen Daten zufolge hat der brasilianische Amazonas von August 2021 bis Juli 2022 über 4.466 Quadratmeilen Waldfläche verloren (die Entwaldungszahlen werden unter Berücksichtigung der Regenzeit in der Region gemessen, die im Juli endet). Um das Ausmaß der Zerstörung besser zu verstehen: Das entspricht fast der 15-fachen Fläche von New York City.

Die Zerstörung des Amazonas-Regenwaldes betrifft nicht nur die Region und die dort lebenden Gemeinden, sondern die ganze Welt. Es trägt zur Regulierung des globalen Klimas bei, indem es Kohlenstoff speichert und Milliarden Tonnen Wasser in die Atmosphäre abgibt. Der Schutz seiner Artenvielfalt trägt auch dazu bei, neue Krankheitsausbrüche und mögliche Quellen für Medikamente zu verhindern.

Um die hohe Entwaldungsrate umzukehren, hat die brasilianische Regierung gerade einen neuen Plan veröffentlicht, der von der Bekämpfung der Umweltkriminalität bis hin zur Förderung bioökonomischer Aktivitäten reicht, die Einkommen für die lokalen Gemeinschaften generieren und gleichzeitig den Wald erhalten.

Brasilien, das größte Land Lateinamerikas, ist nach Angaben des World Resources Institute aus dem Jahr 2019 der siebtgrößte jährliche Emittent von Treibhausgasen und macht 3 Prozent des weltweiten Gesamtausstoßes aus. Die größten Emittenten sind China (25,2 Prozent), die Vereinigten Staaten (12 Prozent) und Indien (7 Prozent).

Während rund 71 Prozent des weltweiten Stroms aus nicht erneuerbaren Quellen stammen, sind es in Brasilien nur 17 Prozent. Der größte Teil der CO2-Emissionen des Landes entsteht durch Abholzung und Landnutzungsänderungen und macht im Jahr 2021 etwa 49 Prozent seiner Emissionen aus.

Der Großteil der Kohlenstoffemissionen Brasiliens entsteht durch Abholzung und Landnutzungsänderungen und macht im Jahr 2021 etwa 49 Prozent der Emissionen aus

Diese Zahl wird jedes Jahr vom System of Estimates of Emissions and Removal of Greenhouse Gases, einer Nichtregierungsinitiative, ermittelt. Das System verfügt über eine Schwesterplattform namens MapBiomas („MapBiomes“, wörtlich übersetzt), die Abholzung, Brände, Bergbau, Oberflächenwasser, Infrastruktur und Qualität der Weiden im ganzen Land verfolgt.

MapBiomas wurde von einem Netzwerk aus Wissenschaftlern und Forschungseinrichtungen ins Leben gerufen und erstmals 2015 auf der UN-Klimakonferenz in Paris vorgestellt.

„Wir mussten jedes Jahr eine Karte erstellen, um zu sehen, ob die von uns abgegebenen öffentlichen Richtlinien und Empfehlungen Auswirkungen auf die Emissionen und den Abbau von Treibhausgasen hatten“, sagt Marcos Rosa, der technische Koordinator von MapBiomas.

Das war schwierig, weil es einen riesigen Datensatz (tägliche, hochauflösende Bilder des gesamten Landes), viel Rechenleistung und maschinelles Lernen (um Veränderungen in den Satellitenbildern des Amazonas und der fünf anderen Biome Brasiliens zu identifizieren und zu klassifizieren) erforderte. .

„Google Earth Engine hat es [Forschern in] jedem Biom ermöglicht, aus der Ferne zu arbeiten, ohne eine große Computerinfrastruktur kaufen zu müssen.“

Hier kam die Google Earth Engine ins Spiel. „Es war von entscheidender Bedeutung. Google Earth Engine ermöglichte es [Forschern] in jedem Biom, aus der Ferne zu arbeiten, ohne eine große Computerinfrastruktur kaufen zu müssen“, sagt Rosa.

Diese Art der Überwachung wurde durch die 2014 ins Leben gerufene Global Forest Watch (GFW) des World Resources Institute weltweit ausgeweitet. Die Leiterin der Plattform, Mikaela Weisse, erklärt, dass das Institut seit den 1990er Jahren an der Bereitstellung transparenter Waldinformationen beteiligt sei, aber Bis dahin fehlte die Technologie, um es global zu machen.

„Eine Reihe von Fortschritten haben dies möglich gemacht – darunter der kostenlose Zugang zu Satellitenbildern und ein besserer Internetzugang auf der ganzen Welt –, aber ein Schlüsselelement davon ist das Cloud Computing und die Möglichkeit, Satellitenbilder mit Google Earth Engine zu analysieren“, sagt sie.

Einige ihrer Partner sind Forscher der University of Maryland und der Wageningen University, die das System von Google verwenden, um Abholzungswarnungen nahezu in Echtzeit zu erstellen und so Veränderungen im Wald so schnell wie möglich zu erkennen, um eine Reaktion auszulösen.

Dennoch sieht Weisse einige Lücken in den verfügbaren Daten. „Die Tropen lassen sich mithilfe von Satellitenbildern besonders schwer überwachen, weil sie dort oft bewölkt sind. Außerdem sind an diesen Orten weniger historische und Bodeninformationen verfügbar“, sagt sie und fügt hinzu, dass sowohl öffentliche als auch private Organisationen Anstrengungen unternehmen, um dieses Problem anzugehen .

Obwohl die Wissenschaftler, die mit The Verge gesprochen haben, keine besonderen Bedenken darüber geäußert haben, ist Google ein riesiges Unternehmen, das natürlich seine eigenen wirtschaftlichen Interessen hat – die nicht immer mit Umweltthemen im Einklang stehen. Im Fall von Earth Engine könnte es hypothetisch zu Problemen kommen, etwa hinsichtlich der Zuverlässigkeit der veröffentlichten Daten oder dem Interesse des Unternehmens, die Plattform am Laufen zu halten.

Rebecca Moore von Google betont, dass alle von ihr bereitgestellten Bilder gemeinfrei seien. „Das sind Daten, die von Regierungssatelliten zum Beispiel in den USA, Brasilien, Europa und Japan stammen“, sagt sie. „Und alle Daten werden wissenschaftlich begutachtet.“

„Ich sehe keine Interessenkonflikte, die Auswirkungen auf die Daten haben würden, die unabhängige Forscher mit Earth Engine produzieren“, sagt Weisse. „Das größte Risiko besteht darin, dass Google entscheiden würde, dass es nicht in seinem wirtschaftlichen Interesse liegt, diesen Dienst weiterhin anzubieten – das wäre ein großer Verlust für die Forschungsgemeinschaft.“

„Das größte Risiko besteht darin, dass Google entscheiden würde, dass es nicht in seinem wirtschaftlichen Interesse liegt, diesen Dienst weiterhin anzubieten – das wäre ein großer Verlust für die Forschungsgemeinschaft.“

Auch wenn der Dienst von Google der erste seiner Art war, gibt es heute Alternativen wie Microsoft Planetary Computing und Amazon Earth auf AWS. „Mehrere Länder haben auch Anstrengungen unternommen, ihre eigenen Google-ähnlichen Plattformen zu haben“, sagt Gilberto Câmara vom INPE.

Er behauptet, dass Google den Zugang zu Informationen demokratisiert habe, glaubt jedoch, dass sich Earth Engine seit 2010 nicht wesentlich weiterentwickelt habe. „Es verfügt über einige Verarbeitungsfähigkeiten, aber es ist kein universelles System, das Zugriff auf modernste Methoden des maschinellen Lernens ermöglicht.“

Marcos Rosa von MapBiomas sagt, dass das Unternehmen trotz einer Partnerschaft mit Google für digitalen Speicherplatz nie versucht habe, sich in die von ihnen produzierten Inhalte einzumischen.

„Wir haben immer eine Alternative für die Daten beibehalten, die wir mit Google Earth Engine erzeugen. Wenn Google also eine Änderung seiner Richtlinien vornimmt – was noch nie geschehen ist – können wir [das Modell] auf einer anderen Plattform replizieren, beispielsweise der von Amazon.“

/ Melden Sie sich für Verge Deals an, um täglich Angebote für von uns getestete Produkte in Ihrem Posteingang zu erhalten.