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Klimaforschung : Permafrost in der Arktis: Eine Büchse der Pandora

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Die fortschreitende Erwärmung der Arktis kann weitreichende Folgen für Sibiriens Permafrostboden und die Freisetzung von Treibhausgasen in die Atmosphäre haben Bild: ASSOCIATED PRESS

Schreitet die Erwärmung der Arktis weiter voran, könnte der sibirische Permafrostboden dauerhaft auftauen. Einstweilen inaktive Mikroben würde dann beginnen, den in Pflanzenresten gebundenen Kohlenstoff zu verarbeiten: Die Folge wäre eine zusätzliche Freisetzung von Treihausgasen.

          Bei fortschreitender Erwärmung der Arktis könnte der sibirische Permafrostboden für immer tauen. Die Klimaänderung wäre zwar der Auslöser, die eigentliche Energie für das Schmelzen würde aber von den Mikroben im Permafrostboden kommen, die den darin gebundenen Kohlenstoff verarbeiten. Als Folge davon würden nämlich viel mehr Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen als durch die Klimaänderung allein. In einem Teufelskreis verstärkten diese Gase die Erwärmung derart, dass noch mehr Permafrost taut und dabei noch mehr Treibhausgase in die Luft gelangen. Am Ende wären etwa drei Viertel des Kohlenstoffs aus den Permafrostböden in die Atmosphäre entwichen. Zu diesem Schluss kommt eine russisch-französische Forschergruppe nach Untersuchungen in den tiefgefrorenen Lößgebieten Sibiriens.

          Etwa ein Fünftel der Landmasse der Erde ist ständig gefroren. Für eine Dauerkühlung des Bodens sorgen unter anderem die Gletscher der Antarktis und Grönlands. Aber allein auf der Nordhalbkugel ist der Boden über eine Fläche von mehr als 23 Millionen Quadratkilometern zur Zeit gefroren, obwohl das kühlende Eis fehlt. Der hauptsächlich in Sibirien, dem nördlichen Nordamerika und in der Hochebene von Tibet vorkommende Permafrost stammt noch aus den Eiszeiten des Quartärs.

          Permafrost als riesiger Speicher für organischen Kohlenstoff

          Zu Permafrost kommt es, wenn die Lufttemperatur in einem Gebiet im Jahresmittel die Tautemperatur nicht überschreitet. Bei Durchschnittstemperaturen oberhalb von minus 1,5 Grad gleicht der Permafrost einem Flickenteppich. Der Boden gefriert nicht überall und nicht gleichmäßig, sondern nur stellenweise. Sinkt die Quecksilbersäule im Jahresmittel dagegen unter minus 6 Grad, friert der Boden vollständig. Je länger die Kälte anhält, desto tiefer gefriert das Erdreich. In manchen Gegenden Sibiriens und Kanadas kann die Permafrostschicht bis zu anderthalb Kilometer dick sein.

          Während bei Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes Mikroben Pflanzenreste und anderes organisches Material in den Böden ab- und dabei den darin enthaltenen Kohlenstoff in Kohlendioxid und Methan einbauen, gleicht ein Permafrostboden einem Gefrierschrank. Die mikrobielle Tätigkeit ist in einer Tiefkühltruhe ebenso wie im Permafrostboden stark eingeschränkt oder kommt sogar völlig zum Stillstand. Als Folge wirkt der Permafrost als riesiger Speicher für organischen Kohlenstoff. Nach manchen Schätzungen sind in den Permafrostgebieten der Nordhalbkugel nahezu tausend Gigatonnen - also tausend Milliarden Tonnen - Kohlenstoff gebunden, mehr als die Hälfte davon allein in Sibirien.

          Mikroben lassen den Boden weiter tauen

          Sobald die Lufttemperaturen aber auf Dauer die Grenze von null Grad Celsius übersteigen, taut der Permafrost, und die Mikroben beginnen ihr Zersetzungswerk. Dmitry Khvorostyanov vom Institut für Atmosphärenphysik der Russischen Akadamie der Wissenschaften in Moskau und Philippe Ciais vom Forschungsinstitut für Glaziologie des französischen Forschungsrates in Saclay haben diesen Vorgang nun mit ihren Mitarbeitern in Modellrechnungen simuliert. Sie stützten sich dabei auf Untersuchungen des tiefgefrorenen Lößbodens in Sibirien, des sogenannten Yedomas, bei denen sowohl die Anzahl und die Arten der darin enthaltenen Mikroben als auch das Kohlenstoffinventar genau gemessen wurden.

          Wie die Forscher nun in den „Geophysical Research Letters“ schreiben, brachten die Modellrechnungen ein unerwartetes Ergebnis. Hat die mikrobielle Aktivität nach dem Tauen nämlich erst einmal begonnen, produzieren die Kleinstlebewesen bei ihrem Metabolismus derart viel Wärme, dass der Permafrostboden gleichsam aus eigener Kraft immer weiter taut. Innerhalb von fünfzig bis hundert Jahren könnten dabei etwa zwei Drittel des tiefgefrorenen Kohlenstoffs zu Kohlendioxid umgewandelt werden. In den folgenden zwei bis drei Jahrzehnten würde ein weiterer Teil des Kohlenstoffs als Methan in die Atmosphäre gelangen. Insgesamt könnten drei Viertel des Kohlenstoffs als Treibhausgas aus dem Permafrost entgasen. Pro Quadratmeter Tiefkühlboden wären das immerhin mehr als zwei Kilogramm Kohlenstoff pro Jahr.

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