Kohlenstofffreisetzung aus sibirischen Permafrostböden

Wissenschaftler untersuchen den Zusammenhang zwischen der Freisetzung von Kohlenstoff durch tauende Permafrostböden als Antrieb für den Klimawandel.

Die globale Erwärmung, die in der Arktis zu einer etwa doppelt so hohen Temperaturerhöhung führt, wird mutmaßlich zu einem verstärkten Auftauen der Permafrostböden führen. Dadurch wird ein bisher unbekannter Anteil an organischem Kohlenstoff verfügbar und kann durch mikrobiellen Abbau in Form der Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) freigesetzt werden. In wie weit arktische Tundren Kohlenstoffverbindungen in die Luft abgeben (C-Quellen) oder der Luft entziehen (C-Senken), ist Gegenstand des von 2013 bis 2016 angesetzten CarboPerm-Projekts.

Unter der Leitung des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Potsdam und der Universität Hamburg befassen sich Arbeitsgruppen mit der Dynamik von organischer Materie in nordsibirischen Permafrostböden.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das deutsch-russische Verbundprojekt “CarboPerm - Kohlenstoff im Permafrost: Bildung, Umwandlung und Freisetzung”. Das Projekt soll dem besseren Verständnis hinsichtlich des Wandels der Permafrostböden in der sich erwärmenden Arktis dienen. Im Mittelpunkt stehen hierbei die Auswirkungen und Rückkopplungen von klima- und umweltbedingten Änderungen auf die sensiblen arktischen Ökosysteme an Land und die natürliche Produktion von Treibhausgasen in Tundralandschaften.

In den permanent gefrorenen Böden (Permafrost) des hohen Nordens wurden über geologische Zeitskalen große Mengen an Pflanzenresten bzw. organischem Kohlenstoff angereichert, die in etwa dem 2,5-fachen des in der globalen Vegetation gespeicherten Kohlenstoffs entsprechen. Diese massive Anreicherung war nur möglich, da dauerhaft niedrige Temperaturen im Permafrost den Abbau des organischen Kohlenstoffs verhinderten.

Wie reagieren Permafrostlandschaften auf den Klimawandel?

Ziel des Carbo-Perm-Projekts ist die Analyse der Bildung, Umwandlung und Freisetzung von organischem Kohlenstoff im Permafrost über einen multidisziplinären Forschungsansatz. Biologen, Geologen, Geophysiker, Geochemiker und Modellierer arbeiten zusammen, um aus den neu gewonnenen Erkenntnissen eine verbesserte Abschätzung der Reaktionen der Permafrostlandschaften auf den regionalen und globalen Klimawandel abzuleiten.

Nach den ersten Gelände- und Messkampagnen liegen bereits  zahlreiche Datensätze, Bodenproben und mehrere Dutzend Meter Permafrostkerne aus dem nordsibirischen Lenadelta und den Neusibirischen Inseln vor. Über die letzten 125.000 Jahre hinweg können nun Produktion, Abbau und Zerfall von organischer Materie in den Tundraböden verfolgt werden. Somit kann auch eine vergangene Warmphase - die  Eem-Warmzeit - studiert werden. Die Temperaturen dieser Phase sind vergleichbar mit denen, die für das Jahr 2100 für die heutige Arktis prognostiziert werden.

Zukünftig sollen verlässlichere Prognosen über die Entwicklung der Dauerfrostböden einschließlich des Beitrages zum globalen Kohlenstoffhaushalt möglich sein. Die Untersuchungen des heutigen Kohlenstoffkreislaufs werden dabei mit detaillierten Rekonstruktionen der Kohlenstoffdynamik der Vergangenheit und über Modellrechnungen mit verschiedenen klimatischen Bedingungen kombiniert und simuliert.

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