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 Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen
18.08.2017 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

nachricht Klimawandel: Bäume binden im Alter große Mengen Kohlenstoff
17.08.2017 | Universität 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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie