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Permafrostböden

Gefährliche Tauzeit

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Klimamodelle haben unterschätzt, wie schnell das Eis der Permafrostböden verschwindet. Große Mengen an CO2 und Methan entweichen in die Atmosphäre und heizen die Erde weiter auf.

Die Fundamente von Häusern kippen weg, Straßen sacken ab, auf Friedhöfen fallen Grabsteine um. An Küsten und Ufern müssen ganze Dörfer umgesiedelt werden, weil der Untergrund erodiert. Dort, wo früher Weideland, war, entstehen Seen. Bäume und Sträucher wachsen in der Tundra.

Es sind gravierende Veränderungen im hohen Norden der Erde, wo die Dauerfrostböden auftauen. Dieser Prozess ist ein hohes Risiko für das Weltklima. Die Permafrostböden sind eines der besonders gefährdeten Kippelemente im System Erde.

Auf der Nordhalbkugel ist rund ein Viertel der gesamten Landfläche dauerhaft gefroren – vor allem in Sibirien, Alaska und Nordkanada. Es handelt sich um Relikte aus der letzten Eiszeit, die vor rund 10 000 Jahren endete. Der Untergrund besteht dort aus Gestein, Sedimenten oder Erde, gemischt mit bis zu 70 Prozent gefrorenem Wasser.

Teilweise sind die Böden wie im Norden Skandinaviens nur einige Meter tief vereist, teilweise ist diese Schicht aber auch 1,6 Kilometer dick, so in Teilen Sibiriens. Von Permafrost sprechen die Forscher, wenn die Temperatur im Boden in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Jahren unter null Grad liegen.

Direkt nach dem Ende der Eiszeit erwärmten sich auch die gefrorenen Böden, und der Permafrost zog sich nach Norden zurück. Dort und in den Hochgebirgen bestand er dann über die letzten Jahrtausende ohne große Veränderungen. Das änderte sich in den 1990er Jahren, eine Folge des Klimawandels, bei dem die Oberflächen-Temperaturen in der Arktis nun doppelt so stark ansteigen wie im globalen Durchschnitt.

Nach Angaben des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Potsdam ist die Temperatur in den oberen Schichten des Permafrostes in einigen Gebieten bereits um etwa zwei Grad Celsius gestiegen, doch auch in einer Tiefe von mehr als zehn Metern lässt sich die Erwärmung messen – im Schnitt waren es hier 0,3 Grad allein in der Phase der Jahre 2007-2016. Entsprechend schrumpfte die Ausdehnung der Permafrostböden – ihre Grenze hat sich in Russland und Kanada bereits um bis zu 100 Kilometer nach Norden verschoben.

Für das Klima birgt der gefrorene Boden zwei große Gefahren, die durch das Tauen aktiviert werden. Einmal geht es um die dort seit der Eiszeit konservierten riesigen Mengen an Biomasse abgestorbener Pflanzen. Sie werden bei Erwärmung von den dann aktivierten Bodenbakterien zersetzt, dabei entstehen die Treibhausgase CO2 und Methan. Zudem kann das in manchen Regionen im Untergrund gespeicherte Gashydrat – ein gefrorenes Gemisch aus Wasser und Methan – bei Erwärmung explodieren.

Das Potenzial für eine zusätzliche Erhöhung des Treibhauseffektes in der Atmosphäre ist groß. Denn im Permafrost sind rund 1,5 Billionen Tonnen Kohlenstoff gespeichert – etwa doppelt so viel wie sich in der Atmosphäre befindet. Rund 70 Prozent davon lagern in den oberen drei Metern, also in Schichten, die besonders vom Auftauen gefährdet sind. Aber auch in Tiefen von bis zu 40 Metern befinden sich vermutlich beträchtliche Mengen, die klimarelevant werden könnten.

Jüngste Forschungen zeigen, dass Wissenschaftler das Tempo des Auftauens in ihren Modellen unterschätzt haben. So stellte eine Wissenschaftlergruppe um den Geologen Vladimir Romanowsky von der Universität Fairbanks in Alaska 2019 fest, dass Dauerfrostböden in vielen arktischen Regionen Kanadas bereits viel stärker betroffen sind als erwartet. Laut ihrer Studie ist dieser Prozess bereits so weit vorangeschritten, wie es in den aktuellen Modellierungsszenarien des Weltklimarats IPCC erst für das Jahr 2090 erwartet wurde.

Die Serie

Das Klima kann sich abrupt ändern. Wenn bestimmte Kipppunkte überschritten werden – wenn etwa der Amazonas-Regenwald austrocknet oder die Permafrostböden tauen –, kann es zu Kettenreaktionen kommen. Die Erderwärmung könnte sich dann unkontrollierbar verstärken. Doch noch können wir bei den meisten Kippelementen verhindern, dass sie ausgelöst werden. Wie – das stellt die FR in dieser Serie vor. Mehr Informationen zur Serie finden Sie auf: fr.de/kipppunkte

Es könne sein, dass der Kipppunkt, ab dem das Auftauen kaum mehr gestoppt werden kann, bereits überschritten sei, meinten die Experten. Der führende deutsche Permafrost-Forscher, AWI-Sektionsleiter Professor Guido Grosse, kommentiert: „Das übertrifft alles, was wir aufgrund unserer Klimamodelle erwartet hatten.“

Grosse erforscht die Permafrost-Regionen seit 20 Jahren, er verweist auf ein weiteres Phänomen: Die gefrorenen Böden tauen in vielen Regionen nicht kontinuierlich auf, sondern abrupt – dort, wo der Untergrund mit viel Eis durchsetzt ist. Der Untergrund sinkt ab, wenn das Eis schmilzt, und es bilden sich so genannte Thermokarst-Seen, unter denen es schnell weiter taut. „Das Tauen unter den Seen passiert innerhalb weniger Jahrzehnte und kann sehr schnell tiefe Schichten erreichen“, erläutert der Experte. Das Tauen könne unter bestimmten Bedingungen – etwa bei einer starken Erwärmung oder veränderte Niederschlägen – regional auch sehr plötzlich stattfinden.

Aktuelle Schätzungen gehen davon aus, dass abruptes Auftauen rund ein Fünftel der Permafrostböden gefährdet – und zwar ausgerechnet dort, wo am meisten Kohlenstoff in der Erde lagert. Laut einer neuen Studie, an der der Potsdamer Experte beteiligt war, könnte die Menge an klimawirksamen Gasen, die durch das Permafrost-Tauen in die Atmosphäre gelangen, 40 Prozent höher sein als bisher angenommen.

Eine Analyse von Grosse und anderen Forschern zeigte 2019, dass bis 2100 rund 15 Prozent des leicht abbaubaren Kohlenstoffs aus den Permafrostböden in Form von CO2 oder Methan in die Atmosphäre gelangen dürfte, wenn sich die Erde im bisherigen Tempo weiter erwärmt. Dies würde die globale Durchschnittstemperatur bis 2100 um bis zu 0,27 Grad ansteigen lassen. Doch schon jetzt hat sie sich seit der Industrialisierung um 1,1 Grad erhöht. Kämen die 0,27 Grad hinzu, wäre das in Paris vereinbarte „Sicherheitslimit“ von 1,5 Grad maximaler Erwärmung zu schnell erreicht.

FR-Klimaserien

Werden bestimmte Kipppunkte im Klima- und Erdsystem ausgelöst, kann es zu Kettenreaktionen kommen, durch die sich die Erwärmung unkontrollierbar verstärken würde. Insgesamt 16 dieser Kipppunkte haben Forscher des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) identifiziert. Eine FR-Serie beschreibt, wie wir diesen Prozess stoppen können. 

Jetzt sind Sie dran. Die Frankfurter Rundschau hat mit dem städtischen Energiereferat eine Wette abgeschlossen: Wir, die große umweltbewusste FR-Familie in Frankfurt und Rhein-Main, schaffen binnen eines Monats mehr CO2-Einsparung, als die kommunale Energie- und Klimaschutzagentur bei den Bürgern einwerben kann.Die FR gibt konkrete Tipps in einer Serie. 

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