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Klimafaktor Permafrost

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 28.06.2016 09:58

In Potsdam kamen in dieser Woche rund 700 Permafrost-Experten zum größten Treffen der Zunft zusammen, das alle vier Jahre stattfindet. Heißeste Frage war die nach der Rolle der tauenden Kaltgebiete im Klimasystem - ein Thema, das die Experten bereits seit vielen Jahren umtreibt. Eine eindeutige Antwort lässt weiterhin auf sich warten, allerdings gewinnt das Bild an Kontur und Komplexität. So berichteten dänische Forscher darüber, dass in den hocharktischen Landschaften Grönlands das Treibhausgas Methan in großen Mengen aus der Luft gefischt wird.

Rund ein Viertel der Landoberfläche auf der Nordhalbkugel ist dauerhaft gefroren. (Bild: Hugues Lantuit, AWI)„Eine Tiefkühltruhe, in der Kohlenstoff seit Jahrtausenden und Jahrzehntausenden eingefroren ist.“ So beschreibt Hans-Wolfgang Hubberten das Gebiet, mit er sich seit 25 Jahren in der Potsdamer Zweigstelle des Alfred-Wegener-Instituts beschäftigt hat. Der ausgebildete Mineraloge leitet am Polarforschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft die Sektion, die sich mit den Permafrostgebieten der Erde beschäftigt, und ist zum Abschluss seiner Karriere Gastgeber der 11. Permafrostkonferenz. Zu diesem alle vier Jahre stattfindenden Treffen kamen diesmal rund 700 „Tiefkühl“-Experten nach Potsdam.“Mit der globalen Erwärmung erwärmt sich auch der Permafrost“, sagt Hubberten, „was passiert dann mit dem Kohlenstoff?“

Große Unbekannte im Klimasystem


Der Kohlenstoff ist wichtigster Bestandteil der beiden hauptsächlichen Treibhausgase Kohlendioxid und Methan. Beides entsteht, wenn mikrobielle Bodenbewohner den in fester Form im Erdreich gespeicherten Kohlenstoff als Lebensgrundlage benutzen. Im Permafrost lagert ein Schatz von ungefähr 1300 bis 1500 Milliarden Tonnen Kohlenstoff, das ist fast doppelt so viel, wie sich derzeit in Gasform in der Atmosphäre befindet. Um ihn zu heben, brauchen die Mikroben vor allem auskömmliche Umgebungstemperaturen, und in diese Richtung bewegt sich das Bodenthermometer in immer mehr Permafrost-Regionen. Was dort passiert, hat also weitreichende Konsequenzen für den Rest der Welt. Doch die Wissenschaftler haben noch keine Antwort. „Wenn wir die wüssten, könnten wir uns zur Ruhe setzen“, meint Hans-Wolfgang Hubberten. So aber bleiben die Permafrostgebiete der Welt die große Unbekannte im Klimasystem der Erde.

Blick in kanadischen Permafrost. (Bild: Wisconsin State University/Canadian Geological Survey)Nach der gängigen Definition herrscht Permafrost, wenn der Boden eines Gebietes dauerhaft, also mindestens zwei Jahre hindurch gefroren ist. Das trifft auf rund 23 Millionen Quadratkilometer fester Landoberfläche zu, also auf ein Gebiet, das fünf Mal größer als die EU ist. Hans-Wolfgang Hubbertens Tiefkühltruhe steht vor allem im arktischen Norden der Erde, in Sibirien, Grönland und Nordamerika. Hinzu kommen noch schwindende Teile in Hochgebirgen wie den Alpen und der „Dritte Pol“, das Hochland von Tibet, das wegen seiner Höhe von 4000 bis 5500 Metern dauerhaft tiefgekühlt ist.

Erbe der jüngsten Kaltzeit


Das tiefgefrorene Erdreich ist ein Erbe der jüngsten Kaltzeit, die vor 90.000 Jahren begann und vor etwa 12.000 Jahren von unserer derzeitigen Wärmeperiode abgelöst wurde. Bis in 1500 Meter Tiefe reicht dieses Erbe unter dem Werchojansk-Gebirge im ostsibirischen Jakutien, in der skandinavischen Arktis sind es dagegen nur noch wenige Meter. Diese Schicht taut auf, seit der Thermostat der Erde mit Beginn des Holozäns auf „Heizen“ gestellt wurde. „Seitdem wird dieser Permafrost kontinuierlich abgebaut, aber es ist eine ganz träge und langsame Geschichte“, erklärt Hubberten. Allerdings ist in der jüngsten Zeit etwas mehr Fahrt in diesen Prozess gekommen.

Vegetation auf der Herschel-Insel, Kanada. (Bild: AWI für Polar- und Meeresforschung/J. Obu)Die durch den Menschen vorangetriebene weltweite Klimaerwärmung macht sich auch in der Tiefkühltruhe Permafrost bemerkbar. Die Arktis ist die Weltregion, die sich am dramatischsten erwärmt, je nach Region waren es in den vergangenen 30 Jahren zwischen 1,4 und 2 Grad. Damit erwärmt sich der Permafrost bis in Tiefen von 20 oder 30 Meter und die Frage nach dem Schicksal des gespeicherten Kohlenstoffs drängt mit Macht auf den Tisch. Es ist keine einfache Frage, und mit jedem Jahr Forschung wird die Antwort komplexer. So fördern die steigenden Temperaturen auch Prozesse in den Permafrostgebieten, die Kohlenstoff binden. So fischen Pflanzen mit ihrer Photosynthese Kohlendioxid aus der Atmosphäre und profitieren dabei stark von den steigenden Temperaturen. „Die circumarktischen Tieflandregionen sind daher zurzeit immer noch eine Senke für Kohlendioxid und keine Quelle“, sagt Hubberten.

Widersprüchliches Bild bei Methan


Christian Juncher Jørgensen während der Methanmessungen auf der Disko-Insel. (Bild: Kristian Juul Pedersen)Anders sind dagegen die Befunde beim Methan, dessen Erwärmungspotential rund 27 Mal so groß ist wie das von Kohlendioxid. Forschungen in den feuchten Tiefländern Sibiriens und Nordamerikas sprechen dafür, dass Methan freigesetzt wird. Es ist nicht nur das Abfallprodukt mikrobieller Stoffwechsel, sondern auch direkt als Gas-Wasser-Gemisch im Boden eingefroren. Hans-Wolfgang Hubberten erzählt: „Wenn wir manchmal in den Permafrost-Regionen in den Boden bohren, kommt Gas raus, das man anzünden kann. Und dann brennt tagelang eine Methanflamme.“ Doch nicht überall ist der Permafrost eine sprudelnde Methanquelle. „In den hohen Arktisgebieten Grönlands wird zwischen zwei und zwanzig Mal so viel Methan aus der Atmosphäre entfernt wie emittiert, diese Landschaften sind daher eine Methansenke und keine -quelle“, sagt Christian Juncher Jørgensen, Assistenzprofessor am Zentrum für Permafrost der Universität Kopenhagen.

Das Zackenberg-Tal, in dem Dänemark eine große ökologische Forschungsstation unterhält. (Bild: PNAS/Uni Helsinki/Gergely Várkonyi)Jørgensen und seine Kollegen haben auf der Disko-Insel vor Westgrönland und im Zackenberg-Tal im Osten der Eisinsel ausgedehnte Messungen gemacht, um den Methan-Fluss im Feld zu bestimmen. Möglich machte das ein hochmodernes transportables Methan-Messgerät. „Zu zweit konnten wir unser gesamtes Messinstrumentarium tragen“, erzählt der dänische Wissenschaftler, „einer trug das Messgerät, der andere die Messkammer, Datenspeicher und Batterien.“ Im Feld wurde die Messkammer auf ein Stück Tundra gestellt, das Messgerät angeschlossen und die Methanflüsse gemessen. Eine Messung dauert acht bis zehn Minuten, an einem langen arktischen Sommertag kann man zwölf oder sogar 16 Stunden arbeiten. „Das ist anstrengend, aber lohnend, vorausgesetzt man hat genug Kaffee eingepackt“, lacht Juncher Jørgensen.

Grönlands Landschaften als Methansenke


Wissenschaftler der Universität Kopenhagen beproben hochgelegene Flächen auf der Disko-Insel. (Bild: Kristian Juul Pedersen)Grönland und die kleinen umliegenden Inseln sind allerdings selbst in der Arktis etwas Besonderes. Christian Juncher Jørgensen kennt Ähnliches nur noch vom kanadischen Ellesmere Island. Die Gletscher haben sich in diesen Arealen erst vor vergleichsweise kurzer Zeit zurückgezogen, die Böden auf den meisten Flächen sind sehr jung, gut entwässert und belüftet, der Anteil von tiefliegenden Feuchtgebieten, wo sich das Wasser staut, ausgesprochen gering. Was bedeutet also der Befund der dänischen Permafrostforscher angesichts der ausgedehnten Sumpf- und Marschlandschaften Sibiriens und der Tiefländer Alaskas und Nordkanadas? „Das ist die Millionen-Dollar-Frage, nicht wahr“, grinst der junge Wissenschaftler, „ehrlich gesagt, sind wir uns nicht sicher.“ Sicher sei nur, dass das Bild nicht so einfach sei, wie lange Jahre selbst die Permafrostforscher geglaubt haben.

„Die große Frage ist, wie man das auf die ganze Arktis übertragen kann“, kommentiert Guido Grosse, Professor für Permafrost an der Universität Potsdam und Hans-Wolfgang Hubbertens Nachfolger als Sektionsleiter beim Alfred-Wegener-Institut, „es müsste im nächsten Schritt Studien geben, die sich genauer angucken, wie weit verbreitet die Regionen sind, die feuchter werden, versus die Bereiche, die trockener werden. Das hat so konkret noch niemand modellieren können, ist aber für die Art der Kohlenstoffumsetzung von großer Bedeutung. “ Es sieht ganz so aus, als ob den Permafrost-Forschern die Fragen noch lange nicht ausgehen.

Überflug über Ellesmere Island, Kanada. (Bild: AWI für Polar- und Meeresforschung/S. Hendricks) Während der langen Sommertage wird an sehr vielen Stellen der Methanfluss im Boden gemessen. (Mitwirkende: Kristian Juul Pedersen) Erodierende Wand aus Permafrost auf der Herschel-Insel in der nordamerikanischen Arktis. (Bild: AWI/Michael Fritz)