Tauender Permafrost

Der fragile Gefrierschrank Sibiriens

Von Horst Rademacher
Aktualisiert am 29.10.2020
 - 10:33
Wissenschaftler sammeln Daten zum Permafrost in einer Höhle in Sibirien. Wenn die Dauerfrostböden verstärkt auftauen, werden vermehrt Treibhausgase freigesetztzur Bildergalerie
Mehrfach in der Erdgeschichte sind die arktischen Permafrostböden aufgetaut. Dabei wurden große Mengen an Kohlendioxid freigesetzt, wie der Blick in das Klimaarchiv eines Bohrkerns zeigt. Ein Fingerzeig für künftige Entwicklungen.

Tauende Permafrostböden sind eine der Folgen der schnellen Erwärmung der Nordpolarregion in den vergangenen Jahrzehnten. Weil der ursprünglich tiefgefrorene Boden dabei seine Stabilität verliert, stürzen Gebäude ein und brechen Straßen auf. Viel dramatischer ist jedoch die Tatsache, dass tauende Permafrostböden massiv Kohlendioxid (CO₂) ausstoßen und damit eine weitere Erwärmung bewirken. Der Grund: Organisches Material, das über Jahrtausende im Boden tiefgefroren war, unterliegt plötzlich der mikrobiellen Verwesung. Tatsächlich sind tauende Permafrostböden kein neues Phänomen, sondern sie traten mit Warmphasen im Laufe der Erdgeschichte immer wieder auf. Eine internationale Forschergruppe hat nun erstmals ein vollständiges Bild des arktischen Permafrosts der vergangenen 30.000 Jahre erstellt.

Etwa ein Fünftel der Landmasse der Erde sind ständig gefroren. Einerseits sorgen die Gletscher der Antarktis und Grönlands für eine Dauerkühlung des Bodens. Aber allein auf der Nordhalbkugel ist eine Fläche von mehr als 23 Millionen Quadratkilometern zurzeit vollständig eisfrei. Dieser hauptsächlich in Sibirien, dem nördlichen Nordamerika und in der Hochebene von Tibet vorkommende Permafrost stammt noch aus den Eiszeiten des Quartär.

Zu Permafrost kommt es, wenn die Lufttemperatur in einem Gebiet im Jahresmittel den Taupunkt 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 sechs Grad, gefriert der Boden vollständig. Je länger die Kälte anhält, desto tiefer gefriert das Erdreich. In manchen Gegenden Sibiriens und Kanadas kann die Permafrostschicht bis zu 1,5 Kilometer dick sein.

Während bei Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes Mikroben Pflanzenreste und anderes organisches Material in den Böden abbauen und dabei den darin enthaltenen Kohlenstoff zu Kohlendioxid und Methan umwandeln, gleicht ein Dauerfrostboden einem Gefrierschrank. Der mikrobielle Abbau ist in einer Tiefkühltruhe ebenso wie im Permafrostboden sehr 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 (Milliarden Tonnen) Kohlenstoff gebunden, mehr als die Hälfte davon allein in Sibirien. Sobald das Tauen einsetzt, beginnt der Abbau des gespeicherten Kohlenstoffs.

Messlatte für die anthropogene Erderwärmung

Im Laufe der jüngsten Erdgeschichte ist der Taupunkt mehrmals überschritten worden. So ist die mittlere Temperatur seit dem Zeitpunkt der größten Vereisung auf der Nordhalbkugel vor etwa 27.000 Jahren um etwa 3,5 Grad gestiegen. Diese Erwärmung fand allerdings nicht gleichmäßig statt, sondern ereignete sich in Schüben. Die Forscher um Jannik Martens von der Universität Stockholm haben nun untersucht, wie einzelne „Warmschübe“ den Permafrost beeinflusst haben.

Sie analysierten dazu einen acht Meter langen Bohrkern, der im Jahre 2014 vom schwedischen Forschungseisbrecher „Oden“ vor den Neusibirischen Inseln im Nordpolarmeer erbohrt wurde. Er enthält eine kontinuierliche Sequenz der Sedimentablagerungen in diesem Gebiet während der vergangenen knapp 30.000 Jahre. Der Ort der Bohrung wurde bewusst gewählt, denn er liegt in etwa 130 Meter Wassertiefe auf dem heutigen ostsibirischen Kontinentalschelf. Zur Zeit des letzten Maximums der Vereisung befand sich dieses Gebiet aber gerade noch an Land. Damals lag der weltweite Meeresspiegel noch um etwa den gleichen Betrag unterhalb des heutigen Pegels. Außerdem war der Boden des heute überfluteten Gebietes damals noch permanent gefroren.

Die Forscher um Martens untersuchten den Kohlenstoffgehalt der Sedimentschichten mit verschiedenen Verfahren, unter anderem mit der Radiokarbonmethode. Dabei fanden sie heraus, dass der sibirische Dauerfrostboden in der Vergangenheit nicht gleichmäßig auftaute. Wie Martens und seine Kollegen in „Science Advances“ schreiben, konnten sie mindestens drei deutliche Episoden im Bohrkern ausmachen, in denen große Mengen an Kohlenstoff freigesetzt wurden, und zwar vor etwa 28.000 und 13.000 Jahren sowie unmittelbar zum Ende der letzten Eiszeit vor knapp 11.000 Jahren. Diese drei Perioden entsprechen drei atmosphärischen Warmphasen, die bereits in vielen Bohrkernen aus dem Grönlandeis zuvor identifiziert wurden. Während der wärmeren Klimaschübe wurde zum Teil bis zu zehnmal so viel Kohlenstoff aus dem Permafrost freigesetzt wie in kühleren Perioden. Für die Forscher sind diese historischen Ergebnisse eine Messlatte für das zu erwartende künftige starke Tauen des Permafrostes im Zuge des anthropogenen Klimawandels.

Quelle: F.A.Z.
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