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Klima: Wie gefährlich ist die Erwärmung des Permafrosts?

09.04.2015

Internationales Forscherteam untersucht in Übersichtsstudie potenzielle Quellen von Treibhausgas

Der dauerhaft gefrorene Boden in der Arktis und an ihren Rändern könnte große Auswirkungen auf das globale Klima haben. Darüber wurde auf Telepolis in den letzten Jahren schon mehrfach geschrieben (siehe zum Beispiel Vorsorge findet nicht statt, 1.700 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in Permafrostböden gespeichert, Welche Gefahr droht vom Methan? und Löcher im Permafrost). Der Grund sind große Mengen unverwesten organischen Materials, das sich in den Böden über viele Jahrtausende angesammelt und erhalten hat. Taut der Boden im Zuge der globalen Erwärmung auf, so werden Bakterien es zu Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) zersetzen und somit zusätzliche Treibhausgase freisetzen.

Thermokarst Seen und ausgelaufene Seen in der Kolyma Region, Sibirien. (Foto: Alfred-Wegener-Institut/Guido Grosse)

Ein internationales Team russischer, nordamerikanischer und westeuropäischer Wissenschaftler hat sich in einer Übersichtsstudie nun die Mühe gemacht, die drohenden Gefahren etwas einzugrenzen. Die Arbeit ist am heutigen Donnerstag im Fachmagazin Nature erschienen. Zum Beispiel konnten sie die Menge des im arktischen Permafrost gespeicherten Kohlenstoffs – des Grundbausteins der beiden erwähnten Treibhausgase – besser eingrenzen. Demnach lagern in den relativ gut erforschten Permafrost-Regionen 1330 bis 1580 Milliarden Tonnen Kohlenstoff im Boden. Weitere bis zu 400 Milliarden werden in anderen arktischen Regionen vermutet, die bisher nur schlecht untersucht sind. Entsprechend hängt an der zweiten Zahl ein dickes Fragezeichen.

Alles in allem ist das fast doppelt so viel, wie derzeit in der Atmosphäre – hauptsächlich in Form von CO2 – enthalten ist. Die Frage liegt also auf der Hand, wie schnell dieses Reservoir freigesetzt wird, wenn im Zuge der globalen Erwärmung der Eisboden auftaut. Immerhin klettern im hohen Norden die Temperaturen rund doppelt so schnell wie im globalen Durchschnitt. Dennoch wird es nach Ansicht der Autoren höchstwahrscheinlich nicht zu einer schlagartigen Freisetzung kommen: "Der Permafrost reagiert größtenteils langsam auf Klimaveränderungen. Hat der Tauprozess allerdings erst einmal begonnen, lässt er sich nicht mehr so schnell aufhalten. Selbst wenn wir jetzt die menschengemachten Emissionen drastisch reduzieren, würde der Permafrost über die nächsten Jahrhunderte weiter tauen", meint Guido Grosse von der Forschungsstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) und Co-Autor der aktuellen Studie.

Die Insel Muostakh, die vor der Küste Sibiriens in der Laptevsee liegt, verliert durch Erosion an Fläche und Masse. Da der Boden hier sehr eishaltig ist, ist er sehr anfällig gegenüber steigenden Temperaturen. (Foto: Alfred-Wegener-Institut/Thomas Opel)

Der Abbau des organischen Materials und damit die Freisetzung von CO2 und CH4 geschehe besonders gleich nach dem Auftauen schnell. Der Prozess würde sich aber bald verlangsamen. Zudem liege der Kohlenstoff in unterschiedlichen Formen vor, von denen einige sehr leicht von den Mikroorganismen verdaut würden und andere nur sehr schwer.

Den größten Anteil des Kohlenstoffs, rund siebzig Prozent, erwarten die Wissenschaftler in den oberen drei Metern des Permafrostbodens. Doch auch in Tiefen von bis zu 40 Metern lagern vermutlich beträchtliche Mengen. "Wir nehmen an, dass selbst die tiefen gefrorenen Ablagerungen für uns Menschen durchaus klimarelevant sind. Denn diese Schichten enthalten viel Eis, das bei steigenden Temperaturen schmilzt und den Permafrost trotz der Tiefe anfällig für schnelles und tiefes Auftauen innerhalb der nächsten 100 bis 300 Jahre macht und zur Freisetzung von Treibhausgasen führen kann", erläutert Grosse.

Es gibt allerdings auch einige Regionen, in denen mit einem schnellen Abbau gerechnet werden muss. Dort, wo der Boden sehr eishaltig ist, sinkt er ab, wenn das Eis schmilzt. Es bilden sich sogenannte Thermokarstseen unter denen der Boden im erhöhten Tempo weiter taut.

Das Tauen unter den Seen passiert innerhalb weniger Jahrzehnte und kann sehr tiefe Schichten erreichen. Diese Thermokarst-Prozesse sind für uns deshalb ein deutliches Anzeichen dafür, dass das Tauen nicht immer graduell abläuft, sondern unter bestimmten Bedingungen – wie bei einer starken Erwärmung oder veränderten Niederschlägen – regional auch sehr plötzlich stattfinden kann.
Guido Grosse, AWI

Insgesamt schätzen die Autoren, dass bis 2100 15 Prozent des leicht abbaubaren Kohlenstoffs in die Atmosphäre entwichen sein wird. Die entsprechenden Gase könnten nach bisherigem Kenntnisstand bis zu 0,27 Grad Celsius zur globalen Erwärmung beitragen. Ziel sei es, die neuen Erkenntnisse über den Permafrostboden und die Abbauprozesse in die Klimamodelle einzubauen. Dabei wären sicherlich auch Details interessant, über die ein anderer Beitrag in der heutigen Nature berichtet. Demnach produzieren die Bakterien bei der Zersetzung so viel Wärme, dass das Auftauen beschleunigt wird. Das kann jeder Gärtner, der schon mal einen Komposthaufen angelegt hat, sicherlich leicht nachempfinden.

Wenn man bedenkt, dass die Permafrost-Regionen, die immerhin fast ein Viertel der Landoberfläche auf der Nordhalbkugel einschließen, vermutlich ebenso viel Treibhausgase freisetzen, wie die historisch viel beachteten menschengemachten Veränderungen in der Landnutzung, dann zeigt sich, wie bedeutend diese Vorgänge für unser Klima sind.
Guido Grosse, AWI

Unterdessen hat dieser Tage Bundesforschungsministerin Johanna Wanka eine deutsch-französische Forschungsstation in Ny Ålesund auf Spitzbergen besucht. Dort hat sich seit Beginn der 1990er Jahre die Jahresmitteltemperatur um rund 2,6 Grad erhöht, wie die Wissenschaftler der Ministerin erläuterten. Besonders stark sei die Erwärmung in dem Städtchen mit einem Plus von 3,4 Grad Celsius pro Dekade in den Wintermonaten ausgefallen. Das ist deutlich mehr als die durchschnittliche Erwärmung der Arktis und dürfte darauf zurück zu führen sein, dass die Gewässer westlich von Spitzbergen, also vor den Küsten der Messstation, in den vergangenen beiden Jahrzehnten auch im Winter deutlich weniger mit Eis bedeckt waren.

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