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Forschung zum Klimawandel

Tauender Permafrost – eine unterschätzte Gefahr für das Weltklima

In diesem Frühjahr benannten die Vereinten Nationen das Auftauen der Dauerfrostböden als eine der fünf unterschätzten Umweltgefahren. Zeitgleich begaben sich Polarforscher auf eine Expedition in den hohen Norden Sibiriens. Mit Unterstützung der Bundesregierung untersuchen die Wissenschaftler, wie sich das Auftauen der seit Jahrtausenden gefrorenen Böden auf das Klima auswirkt.

Permafrost

Im April 2019 ist das Eis im Flussdelta der Lena zwei Meter dick – noch ausreichend für das schwere Equipment der Forschungsexpedition.

Foto: Alfred-Wegner-Institut Potsdam/Dr. Strauss

Seit mehr als 20 Jahren treibt es deutsche Geowissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts und der Universität Hamburg in die sibirische Arktis. Im Lenadelta erforschen sie, wie sich die gravierenden Veränderungen im Permafrost auf unser Erdsystem auswirken. Die Lena ist der größte arktische Fluss und mündet ins Nordpolarmeer. Das Eis an der Mündung dieses gigantischen Stroms ist im Frühling zwei Meter dick und trägt selbst schwerstes Gerät.

Unter der Leitung des Geoökologen Jens Strauss vom Alfred-Wegener-Institut unternahmen fünf Wissenschaftler aus Potsdam, Bremerhaven, Stockholm und Sankt Petersburg im März und April 2019 eine Expedition ins Flussdelta. Ihr Labor und Zuhause auf Zeit: Ein monströs anmutendes Kettenfahrzeug und eine zweistöckige Hütte auf Kufen, gezogen von einem Traktor. Bei strahlendem Sonnenschein und Temperaturen von minus 26 Grad erreichten die Wissenschaftler das Lenadelta, die wichtigste Verbindung zwischen Land und Arktischem Ozean. Hier untersuchen die Forscher, wie und wie schnell sich der Klimawandel auf den Permafrost auswirkt.

Klimawandel lässt uraltes Eis im Permafrost schmelzen

"Permafrost ist Boden, Sediment oder Gestein, das zwei Jahre in Folge gefroren ist", gibt Expeditionsleiter Strauss die Definition für den Dauerfrostboden. Im Permafrost liegen Tiere und Pflanzen aus der nahen und fernen Vergangenheit begraben. "Es gibt Permafrost, der schon über 100.000 Jahre gefroren ist", so Strauss. Bis in eine Tiefe von 1.200 Metern kann der gefrorene Boden reichen.

Da die arktischen Winter in den vergangenen Jahren wärmer werden, tauen nun immer tiefere Erdschichten auf. Das führt dazu, dass im Boden lebende Mikroorganismen die Tier- und Pflanzenreste zersetzen, die lange Zeit durch den Frost geschützt waren. Dabei setzen die Mikroorganismen Kohlenstoff frei, der in Form von Treibhausgas in die Atmosphäre entweicht – entweder als Kohlenstoffdioxid, kurz CO2, oder als Methan (CH4).

Treibhausgase werden freigesetzt

Bei Methan handelt es sich um ein Gas, das etwa 25-mal so klimawirksam wie CO2 ist. Aus diesem Grund warnen die Vereinten Nationen in ihrem aktuellen Jahresbericht davor, die Umwelt- und Klimagefahren aus tauendem Permafrost zu unterschätzen: Das Auftauen des Dauerfrosts führt dazu, dass Treibhausgase freigesetzt werden, die wiederum die Erderwärmung beschleunigen. Je wärmer es auf der Erde wird, desto schneller tauen die Permafrostböden, womit sich der Kreis schließt. Wissenschaftler sprechen von einem "positiven Rückkopplungseffekt".

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert die Forschung zu Permafrost sowohl in der deutsch-russischen als auch der deutsch-britischen Zusammenarbeit in der Polarforschung mit rund 1,7 Millionen Euro. Das Projekt "KoPf" untersucht Permafrostböden an Land. Das Projekt "CACOON" fokussiert sich hingegen auf den Kohlenstoffeintrag ins Nordpolarmeer. 

Eine der wichtigsten Forschungsfragen der Permafrostforschung ist daher: Wie viel Kohlenstoff entweicht aus den bisher gefrorenen Böden, wenn diese als Folge des Klimawandels auftauen?

"Der kalte Atem des gefrorenen Untergrunds"

Dieser Frage widmet sich auch die Permafrostforscherin Eva-Maria Pfeiffer. Die Geowissenschaftlerin von der Universität Hamburg war zum ersten Mal im Jahr 1994 in Sibirien – der Region mit den weltweit größten und kältesten Permafrostgebieten: "Wenn man im Sommer die Prozesse zum Kohlenstoffumsatz in der Auftauzone untersucht, spürt man den kalten Atem des gefrorenen Untergrunds."

Im Frühjahr 2018 veröffentlichte Pfeiffer mit Kollegen eine Studie in der Fachzeitschrift Nature Climate Change. Das Ergebnis der Studie: Tauender Permafrost produziert mehr Methan als erwartet. Bisher vermutete die Wissenschaft, dass im Permafrost unter Sauerstoffabschluss nur sehr geringe Mengen Methan gebildet werden. Pfeiffer und ihre Kollegen fanden nun aber heraus, dass unter Luftabschluss genauso viel Methan produziert wird wie CO2. Da Methan weitaus klimawirksamer ist, fällt es sehr viel stärker ins Gewicht.

Gigantischer Kohlenstoffspeicher gefährdet Weltklima

Diese Erkenntnis ist besorgniserregend. Die Permafrostregionen auf dem ganzen Globus enthalten unvorstellbare 1.300 Gigatonnen Kohlenstoff. "Den Faktor Permafrost beziehen die bisherigen Klimamodelle nicht ausreichend mit ein", warnt Strauss.

Tauender Permafrost könnte das Weltklima zum Kippen bringen, sind sich die Forscher einig. Wenn sich die Erde weiter im momentanen Tempo erwärmt, könnte das Treibhausgas aus Permafrost die globale Durchschnittstemperatur zusätzlich um 0,3 Grad steigen lassen.

Und das fällt durchaus ins Gewicht: Der Weltklimarat prognostiziert, dass bereits bei einer Erwärmung um durchschnittlich 1,5 Grad etwa 70 bis 90 Prozent der Korallenriffe verschwinden und einige flache Inselstaaten durch den Meeresspiegelanstieg unbewohnbar sein werden.

"So wie es war, wird es nicht mehr sein"

"Die Erderwärmung führt aber auch dazu, dass sich das sensible arktische Ökosystem sehr schnell verändert", ergänzt Pfeiffer. Die Pflanzen und Tiere, die im und auf dem Permafrostboden leben, sind optimal an die extremen Bedingungen angepasst: Regenwürmer, Springschwänze, Käfer und Lemminge, die sich durch die oberen Bodenschichten wühlen, sorgen für belebte und gesunde Böden in der Arktis.

Die leidenschaftliche Bodenkundlerin ist überzeugt: "Wenn man einmal selbst diesen Boden aufgegraben und erlebt hat, welche Vielfalt an Pflanzen und Tieren sich an die Permafrostbedingungen in den vergangenen Jahrtausenden angepasst hat, dann weiß man, warum Permafrost geschützt gehört."

Mit der voranschreitenden Erwärmung würden sich selbst so weit im Norden Bäume und Sträucher ausbreiten und die einzigartige arktische Tundra würde verschwinden. "So wie es war, wird es nicht mehr sein", fasst Pfeiffer die Auswirkungen des Klimawandels auf die arktischen Permafrostregionen unseres Planeten zusammen.

Die globalen Ziele für nachhaltige Entwicklung
Der Klimawandel führt zu Extremwetterereignissen. Die Ozeane sind Grundlage des Lebens, doch die Meere sind akut gefährdet. Der ansteigende Meeresspiegel, Hunger und Obdachlosigkeit werden immer mehr Menschen zwingen, ihre Heimat zu verlassen. Deshalb will die Staatengemeinschaft den Klimawandel mit Maßnahmen zum Klimaschutz (Ziel 13) gemeinsam deutlich begrenzen. Bis 2030 soll auch der Anstieg der Wassertemperatur und Meeresverschmutzung gestoppt werden, um das Leben unter Wasser zu schützen (Ziel 14).