Sibirische Seen entziehen der Atmosphäre langfristig Treibhausgase

Eine Studie hat neue Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen tauenden Permafrostböden und Treibhausgasen erbracht.

In den arktischen Permafrostgebieten wurden in den vergangenen 10.000 Jahren mehr Treibhausgase aus der Atmosphäre entzogen und als Kohlenstoff in Thermokarst-Seen abgelagert, als von ihnen produziert wurden. Das belegt eine aktuelle Studie eines internationalen Teams von Wissenschaftlern (veröffentlicht in der Fachzeitschrift Nature). Bisher gingen Forscher von einer direkten Verstärkung der globalen Erwärmung durch die Emissionen von Treibhausgasen durch diese Seen aus.

Die Landschaft des unvergletscherten arktischen Festlands ist bedeckt durch mehrere Millionen kleiner Seen. Die meisten dieser Gewässer sind flache Thermokarst-Senken, die vor rund 10.000 Jahren entstanden, als der Permafrostboden (Dauerfrostboden) nach der letzten Eiszeit anfing zu tauen. Zu dieser Zeit erfolgte der erdgeschichtliche Übergang vom kalten Pleistozän ins wärmere Holozän, in dem wir noch heute leben. Als damals das Eis im Boden schmolz, sackte der Untergrund infolge des Volumenverlustes in sich zusammen und bildete Becken in denen sich Tau- und Regenwasser sammelte. Die so entstandenen Wasserkörper speicherten die Wärme und verstärkten dadurch das Auftauen des Permafrostbodens bis in große Tiefen.

„Wenn der Permafrost taut und ein solcher See entsteht, zersetzen die am Grund und im Sediment lebenden Mikroben einen Teil jener Pflanzenreste, die zuvor im gefrorenen Boden eingeschlossen waren. Dabei produzieren sie das Treibhausgas Methan, was uns Forscher bisher zu der Annahme verleitete, die Seen würden mit ihren Emissionen die globale Erwärmung beständig verstärken“, sagt Dr. Guido Grosse, Permafrostforscher am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). Grosse ist Co-Autor einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature erschienen ist und neue Erkenntnisse  über den Zusammenhang zwischen dem Tauen des Permafrosts und der Klimaerwärmung liefert. Erstautorin Katey Walter Anthony, von der University of Alaska Fairbanks, ergänzt: „Wir haben die Ablagerungen in den 10.000 Jahre alten Thermokarst-Seen in Nordostsibirien untersucht und herausgefunden, dass diese Gewässer zwar anfangs sehr grosse Mengen Methan ausgestossen haben, die Seen jedoch nach und nach auch immer mehr organische Substanz eingelagert haben. Vor etwa 5.000 Jahren hat sich dadurch die Gesamt-Kohlenstoffbilanz der Seen innerhalb einer grossen Region in der Arktis dann umgekehrt – ausgelöst durch eine natürliche Kettenreaktion“.

Der Prozess läuft folgendermaßen ab: Wenn der Permafrost taut, werden viele Nährstoffe freigesetzt. In den Seen und an ihren Ufern werden die dort wachsenden Pflanzen, wie zum Beispiel subaquatische Moose, gedüngt und können sich stärker ausbreiten. Durch die Photosynthese entziehen sie der Luft Kohlenstoff als wichtigsten Bestandteil der Klimagase (z.B. Kohlenstoffdioxid, CO2 und Methan, CH4). Die Pflanzen sinken nach dem Absterben auf den Seeboden, werden durch die kalten und sauerstoffarmen Bedingungen nur schlecht zersetzt und bilden dort zusammen mit anderem Material dicke kohlenstoffreiche Sedimentschichten. Zum Teil wird das organische Material mikrobiell in das hochwirksame Treibhausgas Methan umgewandelt. Aufgrund der hohen Landschaftsdynamik in den Permafrostregionen laufen arktische Seen aber typischerweise nach ein paar tausend Jahren aus. Ohne die schützende Wärme des Wasserkörpers gefrieren die freiliegenden See-Sedimente wieder dauerhaft. Es entsteht neuer Permafrost in den Seesedimenten, der die Pflanzenreste einschließt, weitere Methanbildung verhindert, und somit den verbleibenden Kohlenstoff auf lange Zeit der Atmosphäre entzieht. Laut Dr. Guido Grosse geschieht dies in so großen Mengen, das in den Thermokarst-Seen und -Senken Nordostsibiriens und Alaskas 1,6 Mal mehr Kohlenstoff gespeichert wird, als durch die Zersetzung der urspruenglichen Permafrostböden freigesetzt wurde „und die Seen auf lange Sicht hin einen klimakühlenden Effekt haben“.

Schätzungen der Autoren zufolge wurde im Beringischen Gebiet der Arktis in den letzten 10.000 Jahren 160 Petagramm (160 Milliarden Tonnen) Kohlenstoff gespeichert. Ein Wert, der fast mit den Maßstäben der Tropischen Regenwälder (212 Petagramm) mithalten kann. Die große Frage lautet nun: Was passiert mit diesen gigantischen Kohlenstoffablagerungen in naher Zukunft, wenn auch sie im Zuge der Erwärmung vieler arktischer Gebiete wieder anfangen zu Tauen? Gibt es hier einen Schwellenwert, der nicht überschritten werden sollte? Die vom European Research Council (ERC) geförderte Nachwuchsforschergruppe PETA-CARB um Dr. Grosse wird sich am AWI der großen Verantwortung solcher entscheidender Fragen stellen: „Mithilfe der neuen Ergebnisse können wir nicht nur die Rolle des Permafrostes im globalen Kohlenstoffkreislauf besser verstehen, sie helfen uns auch Computermodelle dahingehend weiterzuentwickeln, dass sie die Rückkopplungen zwischen Permafrostveränderungen und dem Klimawandel besser vorhersagen. Vor allem die Prozesse des Thermokarst – darunter verstehen wir das schnelle Freisetzen und nun auch Speichern des Kohlenstoffes – werden von gängigen Modellen, wie jenen, die der Weltklimarat verwendet, bisher noch nicht berücksichtigt“.

Weiterführende Literatur:
K. M. Walter Anthony, S. A. Zimov, G. Grosse, M. C. Jones, P. Anthony, F. S. Chapin III, J. C. Finlay, M. C. Mack, S. Davydov, P. Frenzel, S. Frolking: A shift of thermokarst lakes from carbon sources to sinks during the Holocene epoch, Nature, Advanced Online Publication, DOI: 10.1038/nature13560

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