Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tauende Permafrostböden speichern weniger Kohlenstoff

07.07.2015

Permafrostböden des hohen Nordens verlieren durch steigende Erderwärmung einen Teil ihrer Schutzfunktion gegenüber dem Abbau der organischen Substanz

Er ist so etwas wie der Eisschrank der Erde: Im Permafrostboden, einem dauernd gefrorenen Boden, der im Sommer nur oberflächlich auftaut, ist ein Großteil der Erdvergangenheit tiefgefroren und somit konserviert. Jahrtausende alte Überreste von Pflanzen und Tieren sind dort genauso zu finden wie vereinzelte historische Zeugnisse, aber auch große Mengen des auf der Erde befindlichen Kohlenstoffs.

So ist in den Permafrostböden genauso viel Kohlenstoff gespeichert wie in der Atmosphäre (als Kohlendioxid) und der Vegetation zusammen. Aufgrund des Klimawandels haben diese Permafrostböden zu tauen begonnen.

Dies führt zum Risiko einer verstärkten Freisetzung klimarelevanter Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan. Jetzt haben Wissenschaftler der Leibniz Universität Hannover in einem internationalen Forschungsprojekt herausgefunden, dass die organische Substanz besonders in den permanent gefrorenen Bodenzonen sehr gut mikrobiell abbaubar ist und damit die Klimaerwärmung beschleunigen kann.

In drei Gelände-Expeditionen in die Tundra-Landschaften Nordsibiriens haben Prof. Dr. Georg Guggenberger, Dr. Robert Mikutta, Dr. Olga Shibistova und Norman Gentsch vom Institut für Bodenkunde Bodenproben entnommen und diese untersucht. Der Boden in Permafrostgebieten, bei denen die obere Schicht in den kurzen nördlichen Sommern zwischen ca. 30 und 150 Zentimeter tief auftauen kann, ist immer in Bewegung.

„Durch Frier- und Auftauprozesse der nassen Böden kommt es über Volumenänderungen und hieraus wirkender vertikaler und horizontaler Kräfte zur Einarbeitung des Oberbodens in den Unterboden“, erklärt Professor Guggenberger. Dort sind die Bedingungen für einen Abbau der organischen Substanz durch die Boden-Mikroorganismen aufgrund tiefer Temperaturen und Sauerstoffarmut stark eingeschränkt. Wassersättigung und Sauerstoffarmut ist neben der Dauergefrornis im Permafrost selbst ein wichtiger Grund, weshalb Permafrostböden so viel Kohlenstoff enthalten.

Die Hoffnung der Wissenschaftler war, dass die organische Substanz über Bindung an Bodenminerale auch bei Tauen des Permafrosts gegenüber mikrobiellen Abbau geschützt ist. In wärmeren Regionen binden organische Substanzen sich verstärkt an reaktive Minerale wie etwa Eisen- und Aluminiumoxide, was zu derer Stabilisierung führt. Es zeigte sich jedoch, dass dies im Gegensatz zu tropischen und temperierten Böden nur zum Teil der Fall ist.

Zwar binden insbesondere Tonminerale die organische Substanz in Permafrostböden, jedoch haben reaktive Eisenverbindungen nur einen verminderten Einfluss. Die Wissenschaftler konnten durch Analyse der Zusammensetzung und der Abbaubarkeit der organischen Substanz zeigen, dass ein Teil hiervon bei veränderten Umweltbedingungen rasch als Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen kann.

Allerdings begründen sich diese Ergebnisse zunächst auf Kurzzeiteffekte im Boden. Weitere Studien am Institut für Bodenkunde sollen zeigen, ob es in den sich erwärmenden Böden längerfristig nicht doch zur Stabilisierung der organischen Substanz durch Bildung von Komplexen zwischen Eisenoxiden und organischer Substanz bzw. durch eine zunehmende Aggregierung der Bodenbestandteile kommt.

Ihre Ergebnisse gleichen die Bodenkundler auch mit dem Institut für Erdmessung (Prof. Jürgen Müller, Dr. Akbar Shabanloui) der Leibniz Universität ab; die Forscherinnen und Forscher beobachten die Zu- und Abnahme des Wassers in flüssigem und gefrorenem Zustand via Satellit. Die Satellitenmission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) ist seit dem Jahr 2002 im Orbit.

Die lange Zeitspanne der GRACE-Beobachtungen erlaubt nun auch die Bestimmung von kleinen langperiodischen und mehrjährigen Signalen. Anhand der GRACE-Monatslösungen wurden daher die Massenvariationen in der Region des sibirischen Permafrosts bestimmt und untersucht. Dabei konnte im Einzugsgebiet der Lena, das nordöstlich des Baikalsees gelegen ist, bis zum Jahr 2008 eine starke Massenzunahme detektiert werden; seitdem nimmt die Masse wieder leicht ab.

Dies ist ein Anzeichen für langfristige hydrologische Veränderungen im Sibirischen Permafrostregime. In den vergangenen Jahren wurde außerdem eine überdurchschnittliche Erwärmung, verbunden mit einer Zunahme im Niederschlag, in diesem Gebiet beobachtet.

Die Analyse von multispektralen Satellitenbildern zeigte, dass sich Bodensenken, die durch Thermokarst entstanden sind, mit Wasser füllten. Damit nahm die Oberfläche der Seen signifikant zu. Die Seezunahme kann jedoch nur einen Teil der Massenzunahme erklären.

Andere mögliche Ursachen sind eine zusätzliche Speicherung von Wasser im aufgetauten Untergrund. Die Auftautiefe hat in den letzten Jahren um etwa zehn Zentimeter pro Jahr zugenommen. Daher sind die Untersuchungen zur Wasserspeicherung im Untergrund Gegenstand weiterer Forschung. GRACE kann dabei helfen, indem er Randwerte für hydro-logische Modelle liefert.

Hinweis an die Redaktion:
Für weitere Informationen stehen Ihnen Prof. Dr. Georg Guggenberger, Institut für Bodenkunde, Telefon +49 511 762 2623, E-Mail guggenberger@ifbk.uni-hannover.de, und Prof. Dr.-Ing. Jürgen Müller, Institut für Erdmessung, Telefon +49 511 762 3362, E-Mail mueller@ife.uni-hannover.de gern zur Verfügung.

Mechtild Freiin v. Münchhausen | Leibniz Universität Hannover
Weitere Informationen:
http://www.uni-hannover.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde
23.01.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Neues Forschungsspecial zu Meeren, Ozeanen und Gewässern
18.01.2017 | Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mikro-U-Boote für den Magen

24.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Echoortung - Lernen, den Raum zu hören

24.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

RWI/ISL-Containerumschlag-Index beendet das Jahr 2016 mit Rekordwert

24.01.2017 | Wirtschaft Finanzen