Tauender Permafrost kann die Erderwärmung beschleunigen

Die tauenden Permafrostböden in der Arktis könnten Treibhausgase aus bisher nicht berücksichtigten Kohlenstoffvorräten ausstoßen, und damit die globale Erwärmung anheizen. Das ist das Ergebnis einer Studie, die ein Team von Geolog:innen um Professorin Dr. Janet Rethemeyer vom Institut für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln zusammen mit Kolleg:innen der Universität Hamburg und dem Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt hat. Das Forschungsteam bestimmte in der sibirischen Arktis die Herkunft des Kohlendioxids, des aus tausende Jahre altem Permafrost freigesetzt wird. Das Vorhaben ist Teil des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten deutsch-russischen Verbundprojekts „Kopf – Kohlenstoff im Permafrost“. Der Artikel „Sources of CO₂ Produced in Freshly Thawed Pleistocene-Age Yedoma Permafrost“ ist in der Fachzeitschrift Frontiers in Earth Science erschienen.

Der globale Klimawandel führt besonders in der Arktis zu stark steigenden Temperaturen. Diese bewirken unter anderem ein immer stärker voranschreitendes Auftauen der seit Jahrtausenden gefrorenen Permafrostböden. Besonders betroffen ist sogenannter „Yedoma“ Permafrost, der in Gebieten verbreitet ist, die während der letzten Eiszeit nicht von Eisschilden bedeckt waren. Yedoma enthält bis zu 80 Prozent Eis und wird daher auch Eiskomplex genannt. Das Grundeis kann sehr abrupt tauen, wodurch der Untergrund einbrechen und erodieren kann. Durch solche als Thermokarst bezeichneten Prozesse wird der bislang im gefrorenen Boden gespeicherte Kohlenstoff für Mikroorganismen zugänglich, die ihn abbauen und als Kohlendioxid und Methan freisetzen. Die Treibhausgasfreisetzung verstärkt die globale Erwärmung, was als Permafrost-Kohlenstoff-Rückkopplung bezeichnet wird.

Es gibt bislang noch viele Unsicherheiten über die Höhe der zukünftigen Treibhausgasfreisetzung, da unter anderem nicht klar ist, wie gut der alte, seit Jahrtausenden gefrorene Kohlenstoff im Permafrost abbaubar ist. Um das herauszufinden, entnahm das Forschungsteam in dem sibirischen Untersuchungsgebiet am Fluss Lena Kohlendioxidproben. Dazu benutzten sie selbst entwickelte Geräte, in denen Kohlendioxid längere Zeit luftdicht gelagert und transportiert werden kann. Das ist aufgrund des oft lange dauernden Transports nach Deutschland notwendig. Zurück in Köln bestimmten die Forscher:innen dann mittels der Radiokohlenstoffmethode das Alter des Kohlendioxids. Zusätzlich analysierten sie die nicht radioaktiven Kohlenstoffisotope. Über beide Parameter wurde dann berechnet, wie viel alter und junger bzw. organischer und anorganischer Kohlenstoff im tauenden Permafrost abgebaut wurde.

Ein großer Anteil des Kohlenstoffs – bis zu 80 Prozent – stammt aus alter organischer Substanz, die vor mehr als 30.000 Jahren in die Sedimente gelangt ist. Das bedeutet, dass die vor Jahrtausenden abgestorbenen Vegetationsreste sehr gut im gefrorenen Sediment „konserviert“ wurden und eine attraktive Nahrungsquelle für die Mikroorganismen im tauenden Permafrost sind.

Zudem stellte das Team erstmalig fest, dass bis zu 18 Prozent des Kohlendioxids aus anorganischen Quellen stammt. „Dass diese bisher nicht beachtete Kohlenstoffquelle einen so hohen Anteil an der Gesamtmenge der freigesetzten Treibhausgase ausmachen, hätten wir nicht erwartet“, sagt Erstautor der Studie Jan Melchert von der Uni Köln. Für präzisere Klimavorhersagen wäre es nötig, diese Quelle zu berücksichtigen. In weiteren Studien bleibt allerdings noch zu klären, woher genau der anorganische Kohlenstoff im Yedoma stammt und durch welche Prozesse er freigesetzt wird.