Unerwarteter Methananstieg aus arktischem Permafrost möglich

Neue von der NASA finanzierte Forschungen haben ergeben, dass das erwartete allmähliche Auftauen des arktischen Permafrostes und die damit verbundene Freisetzung von Treibhausgasen in die Atmosphäre durch einen relativ wenig bekannten Prozess namens abruptes Auftauen beschleunigt werden kann. Abruptes Auftauen findet unter einem bestimmten arktischen See statt, dem so genannten Thermokarstsee, der sich als Permafrostschmelze bildet.

 

Die Auswirkungen auf das Klima können einen Zustrom von Permafrost-Methan in die Atmosphäre in der Mitte des 21. Jahrhunderts bedeuten, der derzeit in den Klimaprojektionen nicht berücksichtigt wird.

 

Die arktische Landschaft speichert in ihren gefrorenen Böden eines der größten natürlichen Reservoirs an organischem Kohlenstoff der Welt. Einmal aufgetaut, können Bodenmikroben im Permafrost diesen Kohlenstoff in die Treibhausgase Kohlendioxid und Methan umwandeln, die dann in die Atmosphäre gelangen und zur Klimaerwärmung beitragen.

 

“Der Mechanismus der abrupten Tauwetter- und Thermokarstseebildung ist für das Permafrost-Kohlenstoff-Feedback in diesem Jahrhundert sehr wichtig”, sagte Katey Walter Anthony von der University of Alaska, Fairbanks, der das Projekt leitete, das Teil des Arctic-Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) der NASA war, einem zehnjährigen Programm zum Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf die Arktis. “Wir müssen nicht 200 oder 300 Jahre warten, um diese großen Freisetzungen von Permafrost-Kohlenstoff zu erhalten. In meinem Leben, dem Leben meiner Kinder, sollte es immer größer werden. Es geschieht bereits, aber es geschieht nicht in einem wirklich schnellen Tempo, aber in ein paar Jahrzehnten sollte es seinen Höhepunkt erreichen.”

 

Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.

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Walter Anthony und ein internationales Team aus US-amerikanischen und deutschen Forschern fanden in einer Kombination aus Computermodellen und Feldmessungen heraus, dass abruptes Auftauen die bisherigen Schätzungen der Permafrost-abgeleiteten Treibhauserwärmung mehr als verdoppelt. Sie fanden heraus, dass der abrupte Auftauprozess die Freisetzung von altem Kohlenstoff, der im Boden gespeichert ist, um 125 bis 190 Prozent erhöht, verglichen mit dem allmählichen Auftauen allein. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass in den vom Weltklimarat (Intergovernmental Panel on Climate Change) definierten zukünftigen Erwärmungsszenarien ein abruptes Auftauen unter dem Szenario der moderaten Emissionsreduktion ebenso wichtig ist wie unter dem extremen Business-as-usual-Szenario. Das bedeutet, dass selbst in dem Szenario, in dem der Mensch seine globalen Kohlenstoffemissionen reduziert hat, noch große Methanfreisetzungen durch abruptes Auftauen zu erwarten sind.

 

Permafrost ist ein ganzjährig gefrorener Boden. In der Arktis können eisreiche Permafrostböden bis zu 80 Meter dick sein. Durch die vom Menschen verursachte Erwärmung der Atmosphäre durch Treibhausgasemissionen findet derzeit ein allmähliches Auftauen des Permafrostes statt, wobei die obere Schicht des saisonal aufgetauten Bodens allmählich dicker wird und tiefer in den Boden eindringt. Dieser Prozess weckt Mikroben im Boden, die die organische Substanz des Bodens zersetzen und dadurch Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre abgeben. Dieser allmähliche Auftauprozess wird in Klimamodellen berücksichtigt und soll nur minimale Auswirkungen haben, da aufgetaute Böden auch das Wachstum von Pflanzen stimulieren, die den in die Atmosphäre freigesetzten Kohlenstoff ausgleichen, indem sie ihn während der Photosynthese verbrauchen.

 

Bei Vorhandensein von Thermokarstseen taut der Permafrost jedoch tiefer und schneller auf. Thermokarst-Seen entstehen, wenn große Eismengen im tiefen Boden zu flüssigem Wasser schmelzen. Da die gleiche Menge an Eis mehr Volumen einnimmt als Wasser, sinkt die Landoberfläche und sinkt ab, wodurch eine kleine Vertiefung entsteht, die sich dann mit Wasser aus Regen, Schneeschmelze und Eisschmelze füllt. Das Wasser in den Seen beschleunigt das Auftauen des gefrorenen Bodens entlang ihrer Ufer und erweitert die Größe und Tiefe des Sees wesentlich schneller als das allmähliche Auftauen.

 

“Innerhalb von Jahrzehnten kann man sehr tiefe Auftaulöcher bekommen, Meter bis Dutzende von Metern vertikaler Auftauung”, sagte Walter Anthony. “Sie tauen also den Permafrost unter diesen Seen auf. Und wir haben sehr leicht die alten Treibhausgase gemessen.”

To learn more about ABoVE, visit https://above.nasa.gov/.