Löcher in der Arktis

Im Permafrost der russischen Arktis sind mysteriöse Löcher aufgetreten. Wissenschaftler beschäftigen sich mit dem Phänomen und geben Antworten.

Es waren weder Meteoriteneinschläge noch die Machenschaften außerirdischer Lebensformen. Die in Sibirien Anfang Juli 2014 entdeckten Löcher sorgten zunächst für allerlei abenteuerliche Vermutungen über deren Entstehung. Doch sind diese auf die natürliche Vielseitigkeit der im Permafrost ablaufenden Prozesse zurückzuführen und stehen in Verbindung mit Methangas.

Russische Rentier-Hirten entdeckten das kreisrunde Loch in den öden Weiten der sibirischen Tundra auf der Jamal-Halbinsel, ca. 2.200 km nordöstlich von Moskau, und sorgten damit für Aufregung in den Medien. Wie eine Expedition russischer Wissenschaftler ergab, wird das Loch durch einen aufgetürmten Wall begrenzt, misst 30 Meter im Innendurchmesser und ist schätzungsweise 70 Meter tief.

Das Kollabieren eines Pingos, also eines besonders eisreichen Hügels im Permafrost, war eine erste Erklärung für dieses Phänomen. In diesem speziellen Fall wäre das Loch ein Ergebnis der Aktivität gespannten Grundwassers, welches unter dem Permafrost nach oben dringt. Eine Überprüfung dieser Theorie setzt das Messen der gefrorenen Bodentiefe voraus. Die russische Literatur spricht für die Region von ca. 250 bis 400 Metern Dauerfrostboden bei Temperaturen von -2 bis -6 Grad Celsius. Untersuchungen der hydrologischen Bedingungen an der Grenzschicht wären nötig, um die Prozesse verstehen zu können.

Ungewöhnliche Entdeckung russischer Wissenschaftler

Medienberichten zufolge kam es zum Zeitpunkt der Entstehung zu besonderen Lichterscheinungen in der Region. Schwärzungen der Kraterinnenwände indizieren heftige Branderscheinungen. Wie passt das mit der Entstehung eines derartigen Lochs zusammen?

Die Permafrostgebiete im hohen Norden speichern riesige Mengen an Kohlenstoff durch den dauerhaft gefrorenen Zustand der Böden. Steigen die Temperaturen jedoch über den Gefrierpunkt, zersetzen Bakterien das organische Material und es entsteht Methangas (CH4). Auf der Jamal-Halbinsel gibt es außerdem ältere Erdgasvorkommen aus Ablagerungen der Kreidezeit in ca. 1.500 Meter Tiefe. Ein Team russischer Wissenschaftler um Andrej Plechanow hat wenige Tage nach dessen Entstehung eine ungewöhnlich hohe Konzentration an Methan von bis zu 9,6 Prozent  im Loch gemessen. Normalerweise enthält die Luft in der Region aber nur 0,000179 Prozent, wird der Wissenschaftler auf der Webseite des Fachblattes Nature zitiert.

Möglicherweise befinden sich im Permafrost der Jamal-Halbinsel hoch konzentrierte Ansammlungen von Methangas in Form von Gashydraten, wie es von den Schelfen der angrenzenden Meere bekannt ist. Hierbei handelt es sich um Einschlussverbindungen von Gas und Wasser, welche nur unter sehr kalten Temperaturen und hohem Überlagerungsdruck stabil sind. Der Untergrund der Halbinsel besteht unter anderem aus marinen Sedimenten. Der Salzgehalt dieser Schichten erniedrigt den Gefrierpunkt des Wassers und führt zu komplexen Strukturen innerhalb des Permafrosts.

Immenser Gasdruck durch Tauen des Permafrostbodens

Professor Hans-Wolfgang Hubberten, Leiter der Forschungseinheit Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) vermutet, dass sich durch das Tauen des Permafrosts ein immenser Gasdruck unter einer abdichtenden Schicht aus Grundeis aufgebaut haben muss. Infolge dessen wäre in einer heftigen Ejektion die Oberfläche durchbrochen und dabei die oberen Sedimentlagen als Wälle rings um den Krater aufgeworfen worden.

Professor Bernhard Diekmann (AWI) vermutet, dass die geologische Vorprägung des Gebietes auch eine Rolle spielt. So begannen vor 250 Millionen Jahren starke Erdbewegungen, die zu Grabenbildungen führten und von starkem Vulkanismus begleitet waren. In der Folge setzte sich die Absenkung des westsibirischen Beckens im Gebiet der Jamal-Halbinsel fort und führte zur Akkumulation mehrerer Tausend Meter mächtiger Schichten, die die Erdgaslagerstätten enthalten. Die tiefgründigen Verwerfungszonen stellen als potenzielle Schwächezonen ideale Pfade für den Aufstieg des Methangases dar und wären eine weitere Erklärung für die Ausbildung der Löcher.

Auch ein Zusammenwirken der Prozesse erscheint möglich: Destabilisierung von Gashydraten über gespanntem Grundwasser, hoch konzentriert an geologischen Schwächezonen führt zum Durchbruch des Pingos an die Oberfläche. Selbst wenn es theoretisch erklärbar ist, müssen weitere Untersuchungen vor Ort und anhand von Satellitenbildern erfolgen, um die Hypothesen zu überprüfen. In einem Punkt herrscht unter den Geowissenschaftlern aber Einigkeit - ein solches Phänomen haben sie bisher noch nicht gesehen.

Einen Ausblick gibt Dr. Frank Günther vom AWI. In der Region existieren viele so genannte "Hellblaue Seen", die von ähnlichen Erdwällen umgeben sind und mit erhöhten Methangas-Vorkommen aus tiefer liegenden Erdschichten in Verbindung gebracht werden. "Das Loch wird wohl mittelfristig zu solch einem Hellblauen See", sagt der Geowissenschaftler.

Im Zuge der globalen Erwärmung werden derartige Phänomene wohl häufiger auftreten. Tatsächlich wurden bereits in der näheren Umgebung ähnliche Löcher gesichtet. Große Probleme würden diese Löcher in einer der lokalen Siedlungen oder in dem nur 30 Kilometer entfernten Bowanenkowo-Gasfeld verursachen. Da dies theoretisch nur eine Frage der Zeit ist, hat das russische Forscherteam vorgeschlagen, Bohrlöcher zum Ablassen des Gasdrucks anzulegen, was jedoch mit erheblichen technischen Schwierigkeiten verbunden ist.

Text, Fotos und Grafiken soweit nicht andere Lizenzen betroffen: eskp.de | CC BY 4.0
eskp.de | Earth System Knowledge Platform – die Wissensplattform des Forschungsbereichs Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft

Related Articles