Der Permafrostboden in vielen Regionen der Arktis könnte schneller auftauen als gedacht – und so den Klimawandel noch stärker anheizen. Denn unter und neben Schmelzwasserseen in der Tundra und Taiga taut der Untergrund schneller und tiefer auf als im Rest des Permafrosts. Als Folge dieses abrupten Auftauens steigt die Freisetzung von klimaschädlichem Methan durch Bakterien stärker an als in bisherigen Klimamodellen berücksichtigt, wie Forscher berichten. Die Klimawirkung von Methan und Kohlendioxid aus dem globalen Permafrost könnte sich dadurch bis 2050 verdoppeln.
Der dauergefrorene Boden in der kalten Arktis konserviert wie eine gigantische Kühltruhe riesige Mengen abgestorbener Biomasse, darunter vor allem Pflanzenreste. Bisher tauten während des kurzen arktischen Sommers nur die oberen Zentimeter oder Meter dieses Permafrosts für einige Monate auf, ehe sie im Herbst wieder zufroren. Eine bakterielle Zersetzung dieses organischen Materials blieb daher weitgehend aus. Doch mit dem Klimawandel ändert sich dies: Die arktischen Böden tauen immer tiefer und länger auf, so dass durch bakterielle Abbauprozesse vermehrt die Treibhausgase Methan und Kohlendioxid freigesetzt werden. Bis zu einer Gigatonne Methan und 37 Gigatonnen Kohlendioxid könnten nach bisherigen Schätzungen bis zum Jahr 2100 im Permafrost Nordeuropas, Nordasiens und Nordamerikas entstehen.
Aufgetaut und eingebrochen
Doch diese Schätzung ist offenbar zu niedrig angesetzt, wie nun Katey Walter Anthony von der University of Alaska und ihr Team herausgefunden haben. Denn sie haben einen Faktor entdeckt, der das Abtauen des Permafrosts und den damit verknüpften Treibhausgas-Ausstoß deutlich erhöhen könnte. Ausgangspunkt ihrer Studie war die Beobachtung, dass der arktische Boden rund um sogenannte Thermokarst-Seen deutlich schneller auftaut als im Rest des Permafrosts und dass diese Seen immer häufiger in der Arktis entstehen. Sie bilden sich, wenn Eischichten im Untergrund schmelzen und dabei Hohlräume hinterlassen. Diese brechen ein und in der Senke sammelt sich immer mehr Schmelzwasser – ein neuer See ist entstanden. Um herauszufinden, welche Folgen dies für das Klima hat, haben die Forscher zehn Jahre lang Tauraten und Gasausstoß an mehr als 70.000 Permafrost-Seen in Alaska erfasst.
“Bislang gab es entweder nur sehr grobe globale Schätzungen der Seenfläche im Permafrost oder aber detaillierte Berechnungen für sehr kleine Gebiete. Die Angaben waren kaum vergleichbar”, erläutert Co-Autor Ingmar Nitze vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung. “Wir liefern jetzt erstmals eine genaue Quantifizierung der Permafrost-See-Bilanz und können damit Aussagen treffen, wie viel Permafrost in den vergangenen Jahrzehnten durch schnelles See-Wachstum tatsächlich aufgetaut wurde.”
Verdoppelte Klimawirkung
Die Ergebnisse sind ernüchternd: Ganz offensichtlich verstärken die Seen das Auftauen der Permafrostböden in einem wesentlichen Umfang. Während das allmähliche Tauen in der Umgebung nur im Zentimeterbereich liegt, taute in den letzten Jahrzehnten der Untergrund unter neu gebildeten Seen bis in 15 Meter Tiefe auf, wie die Wissenschaftler berichten. Besonders gravierend ist diese Schmelze dabei, wenn die Seen so tief sind, dass das Wasser am Seegrund auch in strengen Wintern nicht mehr gefriert. Diese Zone wirkt dann wie eine Heizung und bringt die umliegenden Bodenbereiche selbst in strengen Wintern auf Plusgrade – als Folge taut der Untergrund selbst dann noch weiter. Dieser Effekt ist um und unter den Seen so stark, dass die Forscher sogar von einem “abrupten Tauen” sprechen. Dadurch aber können die methanproduzierenden Bakterien dort rund um das Jahr aktiv sein und aus den abgelagerten Pflanzenresten in Fäulnisprozessen Treibhausgase produzieren.
Wie viel Methan und Kohlendioxid zusätzlich durch dieses abrupte Abtauen in der Arktis freiwerden, haben die Wissenschaftler mithilfe eines Computermodells ermittelt. Dabei zeigte sich, dass diese Nebenwirkung der Permafrost-Seen den Ausstoß kohlenstoffhaltiger Gase um 125 bis 190 Prozent gegenüber dem “normalen” Permafrost-Tauen erhöhen könnte. Bereits bei gemäßigter Erwärmung könnten bis 2100 dadurch 1,5 CO2-Äquivalenten zusätzlich freigesetzt werden. Im Falle einer ungebremsten Erwärmung wären es sogar 4,2 CO2-Äquivalente, wie Anthony und ihr Team berichten. Ihren Angaben nach wirkt sich dieser Rückkopplungseffekt in der Arktis damit fast so stark auf den Klimawandel aus wie die globale Landnutzungsänderung. Hinzu kommt: “Einmal gebildet, mobilisieren diese Seen selbst bei wieder kälterem Klima Kohlenstoff, der seit Zehntausenden von Jahren von der Atmosphäre ferngehalten wurde”, so die Forscher. Die Freisetzung dieses Kohlenstoffs als Methan und Kohlendioxid ist damit für dieses Jahrhundert irreversibel.”
Quelle: Katey Walter Anthony (University of Alaska, Fairbanks) et al., Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-018-05738-9
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