Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Internationales Forscherteam gewinnt neue Erkenntnisse über arktischen Permafrostboden

09.04.2015

Der Permafrostboden in der Arktis und den subarktischen Gebieten wird vermutlich über Jahrzehnte hinweg kontinuierlich beträchtliche Mengen von Treibhausgasen freisetzen. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Forscherteam, nachdem es aktuelle Permafrost-Studien zusammengefasst und ausgewertet hat. Die Wissenschaftler stellen damit fest, dass die immer wiederkehrende These einer schlagartigen und großflächigen Freisetzung von Milliarden Tonnen von Kohlendioxid und Methan aus dem gefrorenen Boden sehr unwahrscheinlich ist. Die Studie erscheint heute im Fachmagazin Nature.

Der Permafrostboden der nördlichen Erdhälfte speichert fast doppelt so viel Kohlenstoff, wie derzeit in der Atmosphäre enthalten ist. „Wenn der Boden auftaut, beginnen Mikroorganismen und Bakterien die Pflanzen- und Tierreste, die seit Jahrtausenden in der Erde lagern, zu zersetzen. Dabei produzieren sie Kohlendioxid und Methan.


Die Küste der Insel Muostakh, die vor Sibirien in der Laptevsee liegt, verliert durch Erosion an Fläche und Masse.

Alfred-Wegener-Institut/Thomas Opel

Steigt also die globale Temperatur weiter an, könnte der Permafrost mehr Treibhausgase freisetzen“, erklärt Dr. Guido Grosse, Permafrostforscher an der Forschungsstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und Co-Autor der aktuellen Studie. Wie schnell der Boden der Arktis auftaut und Treibhausgase freisetzt, sind deshalb entscheidende Fragen. Bisher gab es hierzu allerdings unterschiedliche Antworten.

Aus diesem Grund hat ein internationales Team von Wissenschaftlern aus den Vereinigten Staaten, Europa, Kanada und Russland den derzeitigen Stand des Wissens zum Permafrost zusammengetragen. Dabei sind die Forscher zu dem Schluss gekommen, dass der gefrorene Boden im Laufe der nächsten Jahrzehnte sehr wahrscheinlich allmählich, aber beständig, große Mengen an Kohlendioxid und Methan freisetzen wird. Die These, dass der Permafrost bei steigenden Temperaturen schlagartig große Mengen Kohlendioxid und Methan ausstoßen könnte, schätzen die Wissenschaftler als sehr unwahrscheinlich ein.

„Der Permafrost reagiert größtenteils langsam auf Klimaveränderungen. Hat der Tauprozess allerdings erst einmal begonnen, lässt er sich nicht mehr so schnell aufhalten. Selbst wenn wir jetzt die menschengemachten Emissionen drastisch reduzieren, würde der Permafrost über die nächsten Jahrhunderte weiter tauen“, sagt Dr. Guido Grosse.

Wie viel Kohlenstoff speichert der Permafrost?

Neue Erkenntnisse erlangten die Wissenschaftler vor allem in Bezug auf die Kohlenstoffmenge, die in den Permafrostregionen vermutet wird. Gingen erste Studien noch von 1600 bis 1700 Milliarden Tonnen aus, konnte das Team mit Hilfe historischer und aktueller Daten die Werte für die detaillierter untersuchten Permafrostregionen auf 1330 bis 1580 Milliarden Tonnen eingrenzen. Dazu kommen weitere, bis zu 400 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in den Regionen, die wegen der dortigen spärlichen Datenlage allerdings noch mit großer Unsicherheit in der Mengenabschätzung belegt sind.

Den größten Anteil, rund siebzig Prozent, davon erwarten die Wissenschaftler in den oberen drei Metern des Permafrostbodens. Doch auch in Tiefen von bis zu 40 Metern lagern wohl beträchtliche Kohlenstoffmengen. „Wir nehmen an, dass selbst die tiefen gefrorenen Ablagerungen für uns Menschen durchaus klimarelevant sind. Denn diese Schichten enthalten viel Eis, das bei steigenden Temperaturen schmilzt und den Permafrost trotz der Tiefe anfällig für schnelles und tiefes Auftauen innerhalb der nächsten 100 bis 300 Jahre macht und zur Freisetzung von Treibhausgasen führen kann“, erklärt der AWI-Permafrostforscher.

Ein beträchtlicher Anteil Kohlenstoff noch unbekannter Größenordnung befindet sich darüber hinaus unter dem Meeresspiegel der Schelfmeere Nordsibiriens und Alaskas. Permafrost, der sich hier während der letzten Eiszeit noch an Land gebildet hat, wurde mit dem Ende der Kaltzeit überflutet und Teile davon bestehen seitdem als so genannter submariner Permafrost weiter.

Abruptes, regionales Tauen von Permafrost

Obwohl die Wissenschaftler davon ausgehen, dass diese Kohlenstoffspeicher kontinuierlich abgebaut werden, verweisen sie in ihrer Studie auch auf Regionen in Alaska und Kanada, in denen es zu einem schnelleren Auftauen kommen kann. Der Grund: Der Boden in diesen Gebieten ist sehr eishaltig. Wenn die Temperatur hier schnell steigt, beginnen diese unterirdischen Eiseinlagerungen zu schmelzen und das darüber liegende Gelände abzusinken. In den dadurch entstehenden Senken wiederum sammelt sich Wasser. Es entstehen so genannte Thermokarstseen, unter denen der Boden mit erhöhtem Tempo weiter auftaut.

„Das Tauen unter den Seen passiert innerhalb weniger Jahrzehnte und kann sehr tiefe Schichten erreichen. Diese Thermokarst-Prozesse sind für uns deshalb ein deutliches Anzeichen dafür, dass das Tauen nicht immer graduell abläuft, sondern unter bestimmten Bedingungen – wie bei einer starken Erwärmung oder veränderten Niederschlägen – regional auch sehr plötzlich stattfinden kann“, erklärt Dr. Guido Grosse.

Kohlenstoff ist nicht gleich Kohlenstoff

Allerdings, fassen die Forscher zusammen, führt das Tauen der Permafrostböden nicht automatisch dazu, dass der gesamte darin gespeicherte Kohlenstoff als Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre abgegeben wird. „Auch Mikroben und Bakterien haben gewisse Futtervorlieben. Teile des Kohlenstoffs können sie sehr leicht aufnehmen, an anderen haben sie mehr zu knabbern, um sie umzusetzen – und einige können sie nur extrem langsam zersetzen“, erklärt Dr. Guido Grosse.

Erste Langzeitversuche ergaben zudem, dass besonders am Anfang, wenn der Boden zu tauen beginnt, die Kohlenstoff-Verlustrate hoch ist. Über die Zeit jedoch nimmt diese Rate wieder ab. Bereits zum Jahr 2100 könnten allerdings 15 Prozent des leicht zu verwertenden Kohlenstoffs als Treibhausgase freigesetzt werden. Den Wissenschaftlern zu Folge würde dies noch in diesem Jahrhundert zu einer zusätzlichen globalen Erwärmung um bis zu 0,27 Grad Celsius führen.

Tauender Permafrost in Klimamodellen

Ziel der Permafrost-Forscher ist es nun, die neuen Erkenntnisse in Klimamodelle einzubauen. Denn bisher fanden Permafrost-Prozesse nur wenig Beachtung, wenn es darum ging, Aussagen über das zukünftige Klima zu treffen. „Wenn man bedenkt, dass die Permafrost-Regionen, die immerhin fast ein Viertel der Landoberfläche auf der Nordhalbkugel einschliessen, vermutlich ebenso viel Treibhausgase freisetzen, wie die historisch viel beachteten menschengemachten Veränderungen in der Landnutzung, dann zeigt sich wie bedeutend diese Vorgänge für unser Klima sind“, erzählt Dr. Guido Grosse.

Finanziert wurde die Zusammenarbeit des internationalen Forscherteams durch die amerikanische National Science Foundation (NSF). Dr. Guido Grosse wurde durch das European Research Council (ERC) mit dem Projekt PETA-CARB und dem Helmholtz Impuls- und Vernetzungsfonds finanziert.

Hinweise für Redaktionen:

Das Paper erscheint am 9. April 2015 mit dem Originaltitel „Climate Change and the Permafrost Carbon Feedback“ im Fachmagazin Nature. DOI: 10.1038/nature14338

Ihre Ansprechpartnerin in der AWI-Pressestelle ist Kristina Bär (Tel.: 0471 4831-2139; E-Mail: medien(at)awi.de).

Leitautor der Studie ist Dr. Ted Schuur Northern Arizona University (NAU). Ihre Ansprechpartnerin in der NAU-Pressestelle ist Theresa Bierer (Tel.: +1(928) 523-9495).

Folgen Sie dem Alfred-Wegener-Institut auf Twitter und Facebook. So erhalten Sie alle aktuellen Nachrichten sowie Informationen zu kleinen Alltagsgeschichten aus dem Institutsleben.

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der 18 Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

Weitere Informationen:

http://www.awi.de/de/aktuelles_und_presse/pressemitteilungen/
http://www.awi.de/index.php?id=7494&L=1

Folke Mehrtens | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur
22.06.2017 | Fraunhofer-Gesellschaft

nachricht Ursuppe in Dosen
21.06.2017 | Universität Duisburg-Essen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften