Welche Folgen hat der Klimawandel für Permafrostböden?
Permafrost ist gefrorener Boden, dessen Temperatur für mindestens zwei Jahre in Folge unter dem Gefrierpunkt (0°C) liegt. Er prägt rund 15 Prozent der Landoberfläche der Nordhalbkugel und 10 Prozent der Erdoberfläche. Sogenannte Permafrost-Gebiete sind beispielsweise die Arktis und vereinzelt auch die Antarktis. Vor allem finden wir Permafrost in der sibirischen Tundra, Teilen Alaskas, aber auch im Hochgebirge, etwa auf der Zugspitze.
Permafrostböden bestehen aus Sedimenten oder Gestein und enthalten unterschiedliche Mengen Eis. Mit der zunehmenden Klimaerwärmung tauen immer größere Permafrost-Gebiete auf. Damit können immer größere Mengen an eingefrorenem Tier- und Pflanzenmaterial (organisches Material), die im Permafrost gespeichert sind, von Mikroorganismen zu Treibhausgasen abgebaut werden, die in die Atmosphäre entweichen. Dort tragen sie zur Beschleunigung des Klimawandels bei, was wiederum auch zu einer Beschleunigung beim Auftauen von Permafrost beiträgt – ein Teufelskreis. Das Auftauen des Permafrostbodens hat also nicht nur lokale Folgen, sondern auch globale. Die Treibhausgasemissionen aus dem Permafrost-Bereich sind bereits ähnlich hoch wie die jährlichen Emissionen Deutschlands.1 Im Jahr 2021 lagen die deutschen Emissionen bei rund 762 Millionen Tonnen CO2e. Global wurden rund 37,1 Milliarden Tonnen CO2e ausgestoßen2.
Permafrost-Regionen speichern weltweit rund 1460– 2000 Gigatonnen Kohlenstoff im Boden. Das sind etwa 2,2-mal so viel wie in der Atmosphäre und 3,8-mal so viel wie in der weltweiten Vegetation.3 Aktuelle Studien deuten darauf hin, dass die Hälfte des gesamten globalen Bodenkohlenstoffs in der Permafrost-Region gespeichert ist.
Klimawandel und Permafrost
Was beim Auftauen der Böden passiert
Das Eis wirkt wie Zement und hält den Permafrostboden zusammen. Die darüberliegende Auftauschicht ist mit organischem Material durchsetzt, das unvollständig zersetzt ist. Permafrost kann sehr dünn sein oder eine Tiefe von bis zu 1500 Metern haben. Die darüberliegende Auftauschicht, auch aktive Schicht genannt taut in der Regel in jedem Sommer auf. Der Kohlenstoff stammt von einer riesigen Menge abgestorbener Pflanzenreste, die im Boden gespeichert sind. Beim Tauen werden Mikroben aktiv und fangen an, den Kohlenstoff zu bearbeiten und zu veratmen. Sauerstoff wird verbraucht – Kohlendioxid entsteht.
Mit dem fortschreitenden Klimawandel drohen nun aber auch tiefere Permafrost-Schichten aufzutauen - und das nicht nur von den oberen Bodenschichten her, sondern auch durch Erosion an der Küste oder an Flussufern, zudem durch Seen, die sich „in die Landschaft tauen“. Besonders wichtig sind hier Prozesse, genannt Thermokarst, die innerhalb von Jahren Permafrost bis zu 30 Meter tief und mehr auftauen können und so das organische Material der letzten Eiszeiten wieder verfügbar machen. Aktuelle Studien zeigen, dass sich die Permafrost-Regionen besonders stark erhitzen und die Böden deutlich schneller auftauen als gedacht.
Der im Boden gespeicherte Kohlenstoff tritt damit an immer mehr Stellen aus. Das kann schwerwiegende Folgen für das globale Klima, die biologische Vielfalt und die Menschen haben.
Was die Folgen des Auftauens sein können
Lokale Folgen:
- Beschleunigte Veränderungen der Küsten
- Störung von Wanderungsrouten und Nahrungsnetzen aller Lebewesen
- Veränderung der Bodenbeschaffenheit, einschließlich derer Schadstoffe
- Bildung und Trockenlegung von Seen
- Zunehmende terrestrische Störungen wie Waldbrände, Hochwasser und Dürre
- Zunehmende Landformungsprozesse in Frostregionen durch oberflächlich auftauende Dauerfrostböden und Verdickung der aktiven Schicht
Globale Folgen:
- Treibhausgasemissionen
- Vegetationsverschiebungen und Zunahme invasiver Arten
- Tiefgreifende Beeinträchtigung der menschlichen Kultur und Infrastruktur
Was dem großen Auftauen entgegenwirken kann
Auch wenn noch viele Fragen offen sind: Die weitere Verbrennung fossiler Energieträger durch den Menschen trägt dazu bei, dass der Permafrost zunehmend gefährdet ist.
Die menschlichen Treibhausgasemissionen müssen schnellstmöglich, am besten bis 2030 halbiert und vor 2050 gestoppt werden.4 Des Weiteren müssen sich die Verantwortlichen aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft verstärkt für die Rechte indigener und zugewanderter Gemeinschaften in diesen Regionen einsetzen.
Wissenschaftlicher Kontakt: Dr. Jens Strauss/Geologe am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI).
1 https://www.awi.de/ueber-uns/service/presse/presse-detailansicht/tauend…
2 https://www.umweltbundesamt.de/presse/pressemitteilungen/treibhausgasem…
3 https://www.awi.de/ueber-uns/service/presse/presse-detailansicht/defaul…
4 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2022.889428/full
Auf der Spur des tauenden Permafrosts
Mit der Klimaerwärmung tauen gefrorene Böden, der sogenannte Permafrost. Das setzt Treibhausgase frei und führt zu einem Absenken der Landoberfläche, mit tiefgreifenden Auswirkungen auf das Ökosystem und die Lebensgrundlage der dort lebenden Bevölkerung und Tierwelt.
Was ist Permafrost, und wo ist er zu finden?
Permafrostboden ist gefrorener Boden dessen Temperatur für mindestens zwei Jahre in Folge unter 0°C liegt. Er prägt rund 15 Prozent der Landoberfläche der Nordhalbkugel und ist auch in der Antarktis und in höheren Schichten von Hochgebirgen anzutreffen. Er kann aus Gestein, Sedimenten oder Erde bestehen und enthält unterschiedliche Mengen Eis.
Kippelemente im Klimasystem
Je stärker die globale Temperatur steigt, desto höher ist die Gefahr, dass einzelne Elemente des Klimasystems kippen. Auf welche Kipppunkte steuern wir derzeit zu? Was würde das für das Leben auf der Erde bedeuten? Und was können wir dagegen tun?
