DWD Thema des Tages vom 17.052019

Ein schlafender Riese erwacht: Permafrost

Wenn Permafrostböden tauen, können gigantische Mengen an Treibhausgasen freigesetzt werden. Vermutlich noch mehr als bisher angenommen. Ein Überblick.

Wer schon einmal in Sibirien, auf Spitzbergen oder auf der Zuspitze war, stand schon einmal auf ihm: Dem Permafrost. Besonders in den letzten Jahren hat diese Bodenart mediales Interesse gewonnen, könnten doch durch das Tauen des Permafrosts große Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre gelangen. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) haben nun neue Erkenntnisse veröffentlicht.

Was ist Permafrost?

Von Permafrost (oder Dauerfrost) wird gesprochen, wenn die Temperatur des Bodens in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Jahren ununterbrochen unter null Grad Celsius liegt (es ist quasi „permanent frostig“). Der Untergrund kann dabei aus Gestein, Sedimenten oder Erde bestehen und unterschiedlich große Eismengen enthalten. Meist reicht der Permafrost einige hundert Meter tief ins Erdinnere, im nordöstlichen Sibirien sogar bis zu einer Tiefe von circa 1,6 Kilometer. Ein typischer Permafrostboden besteht aus zwei Schichten: Der oberen, sogenannten „aktiven“ Schicht und der unteren sog. „gefrorenen“ Schicht. Die aktive Schicht taut jeden Sommer um ca. 15-100 cm auf. Während die Auftautiefe Aufschluss über kurzfristige Temperaturschwankungen gibt, zeigen die Permafrost-Temperaturen der unteren Schicht längerfristige Klimaveränderungen.

Wo gibt es Permafrostböden?

Tatsächlich gibt es mehr Permafrost als man vielleicht vermuten mag. Auf der Nordhalbkugel sind ein Viertel der Landfläche Permafrostböden, wobei der Großteil sich in der Polarregion, aber auch in hohen Gebirgen befindet. Selbst in Deutschland gibt es auf der Zugspitze alpinen Permafrost – noch. Denn nach einer Studie des Bayerischen Landesamts für Umwelt könnte dieser um das Jahr 2080 verschwunden sein. Tauender Permafrostboden hat allerdings nicht nur lokale, sondern weltweite Auswirkungen (siehe unten).

Was passiert, wenn Permafrost taut?

Im Permafrostboden sind Überreste von Pflanzen und Tieren konserviert, etwa wie in einer großen Kühltruhe. Wenn der Permafrostboden schmilzt, die Tür zur Kühltruhe also quasi aufgeht, kann diese organische Materie durch Mikroorganismen abgebaut werden. Dadurch gelangt Kohlenstoff, der in den Pflanzenresten gespeichert war, als Treibhausgas in die Atmosphäre. Und das sind gewaltige Mengen: Circa 1600 Milliarden Tonnen (entspricht 1600 Gigatonnen) Kohlenstoff schlummern im Permafrost und damit fast doppelt so viel wie in der Atmosphäre (etwa 830 Gigatonnen). Die Freisetzung von CO2 (Kohlendioxid) und CH4 (Methan) führt zu einer weiteren Erwärmung des Klimas und wirkt sich somit auf das gesamte Klimasystem aus. Aber nicht nur die Freisetzung der Treibhausgase ist ein Problem: In der Arktis sind Häuser, Straßen, Flughafen und Pipelines auf dem Dauerfrostboden errichtet. Wenn sich der Boden erwärmt, kann es zu Setzungen, Hangrutschungen, Kriechbewegungen, Murgängen oder Felsstürzen kommen. Menschen, die in Permafrostregionen leben, könnten also buchstäblich den Boden unter den Füßen verlieren, wenn der Boden wegsackt und Bauten mitreißt.

Welche neuen Forschungsergebnisse gibt es?

Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts haben herausgefunden, dass insbesondere ein schnelles Abschmelzen der Böden weitreichendere Auswirkungen haben könnten als bisher angenommen. Denn durch abrupte Auftauprozesse (Stichworte Thermokarst, Thermoerosion oder Taurutschungen) werden im Gegensatz zum allmählichen Auftauen, das vorwiegend die Oberfläche betrifft und tiefere Bodenschichten nur sehr langsam erreicht, auch tieferliegende Kohlenstoffspeicher angegriffen und deutlich mehr Methan freigesetzt. Obwohl nach ersten Abschätzungen nur etwa 20% der Permafrostregion für solch schnelles Tauen anfällig ist, könnte sich (wie die Forscher im Fachmagazin „Nature“ veröffentlichten) das sog. „Klimafeedback“ durch die zusätzlichen Kohlenstoffemissionen bis Ende des Jahrhunderts verdoppeln.  

Ein weiteres Forschungsprojekt zeigte nun, dass auch der submarine Permafrost, also der, der sich unter dem arktischen Meeresboden befindet, bisher fast vollständig vernachlässigt wurde. Besonders überraschend für die Wissenschaftler: 97% des submarinen Permafrostes schrumpft bereits. Weitere Infos zu den Forschungsprojekten und -ergebnissen des AWI finden sich in den untenstehenden Links.

Anmerkung: Weder das allmähliche oberflächennahe, noch das schnelle tiefe Tauen von Permafrost und die damit zusammenhängende Kohlenstofffreisetzung sind bisher in die Klimamodellrechnungen des Weltklimarates IPCC eingebaut. Möge also der „schlummernde Riese“, wie ihn die Autoren im Nature-Magazin nannten, nicht so schnell erwachen wie befürchtet.

Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 17.05.2019

Quelle und Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

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