Zeitbombe Permafrost

Der Klimawandel hinterlässt auch in der Arktis seine Spuren. Forscher befürchten sogar: Die steigende Temperatur in der Nordpolarregion wird den Permafrost in den oberen Schichten stark auftauen lassen. Experten des Alfred-Wegener-Instituts in Potsdam haben nun entdeckt, dass Mikroorganismen im dauergefrorenen Boden bereits bei Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt vermehrt Methan produzieren, ein Gas das dreiundzwanzig Mal klimaschädlicher ist als Kohlendioxid.

Ein gigantisches Biomassereservoir taut

Permafrost-Bereiche der nördlichen Erdhalbkugel | Bild: WDR, Bilderfest

Permafrostböden bedecken rund ein Fünftel der globalen Landmasse. Neueste Schätzungen gehen davon aus, dass in ihnen bis zu einer Billion Tonnen organischer Kohlenstoffverbindungen gebunden ist: die doppelte Menge des in der Atmosphäre als Kohlendioxid vorhandenen Kohlenstoffs.

Neben den riesigen Permafrostgebieten an Land erstrecken sich vor der nordsibirischen Küste auch weite Gebiete mit dauergefrorenem Meeresboden, die bislang kaum erforscht sind. Nun haben Forscher entdeckt, dass dort im Verborgenen ein klimaschädlicher Prozess abläuft, der zukünftige Entwicklungen an Land vorwegnehmen könnte.

Wie entsteht Permafrost auf den Meeresgrund?

Permafrost bildete sich auf Flächen, die heute auf dem Meeresgrund liegen (schraffiert) | Bild: WDR, Bilderfest

Während der Eiszeit vor rund 20.000 Jahren lag der Meeresspiegel vor der sibirischen Küste 130 Meter tiefer, denn in der Arktis waren zu dieser Zeit riesige Wassermengen in Eisschilden gebunden. In den eisfreien Bereichen bildete sich durch Kontakt mit extrem kalter Luft dauergefrorener Boden, sogenannter Permafrost. Nur in den kurzen arktischen Sommern taute er oberflächlich auf und die Tundra ergrünte. Diese pflanzliche Biomasse starb im Winter ab und gelangte in den Untergrund. Tausende Winter-Sommer-Wechsel ließen so ein gewaltiges Reservoir an tiefgefrorenem pflanzlichen Material entstehen.

Als der Meeresspiegel durch Abschmelzen der Eisschilde nach der Eiszeit wieder stieg, wurden Teile des Landes vor der sibirischen Küste überflutet (schraffierte Fläche der Karte). Die Temperatur des Permafrosts passte sich langsam der Temperatur des Meerwassers an, sie stieg auf minus zwei Grad. Riesige Flächen Permafrost haben sich so selbst unter Wasser erhalten.

Potsdamer Mikrobiologen entdecken klimaschädlichen Prozess im Permafrost vor der Küste Sibiriens

Laboruntersuchungen an Bohrkernen, die vor der Küste Sibiriens genommen wurden, zeigen eine erhöhte Aktivität methanbildender Mikroben im Meeresgrund. Diesen bisher wenig bekannten Prozess hat eine Forschergruppe um Mikrobiologe Dirk Wagner vom Alfred-Wegener-Institut in Potsdam entschlüsselt. Die Experten haben nachgewiesen, dass die Jahrtausende alten Sedimentschichten rund zehn Grad wärmer sind als der Permafrost an Land. Bereits dieser Temperaturanstieg im Minusbereich genügt, um die Aktivität der Organismen und damit die Methanproduktion ansteigen zu lassen. Die Mikroben haben sich problemlos an die veränderten Lebensbedingungen angepasst, ein Prozess, der vermutlich Modellcharakter für zukünftige Entwicklungen an Land hat, falls die Temperaturen in der Arktis durch den Klimawandel weiter steigen.

Permafrostüberwachung an Land

Hanne Christiansen kontrolliert einen Temperaturfühler | Bild: WDR, Bilderfest GmbH

Auf der arktischen Insel Spitzbergen wird der Dauerfrostboden mittlerweile überwacht. In zahlreichen Bohrlöchern messen Sensoren rund um die Uhr die Temperatur. Ein Langzeitprojekt, das Auskunft darüber geben soll, wie schnell steigende Lufttemperaturen zu einer Erwärmung des Bodens führen. Das Projekt ist Teil des weltweiten Überwachungsnetzes Global Terrestrial Network for Permafrost (GTN-P) für die Permafrostgebiete, das in den kommenden Jahren weiter ausgebaut werden soll, um schleichende Veränderungen im gefrorenen Boden rechtzeitig zu entdecken und in Klimamodellen besser berücksichtigen zu können.
Die dänische Geomorphologin Hanne Christiansen sammelt für dieses Projekt Daten über die Temperaturentwicklung im Boden der arktischen Insel. Nur mit einem Motorschlitten kann die Forscherin mehrere Messpunkte fernab des Hauptortes Longyearbyen erreichen, um ihre Instrumente zu kontrollieren. An einem markanten Punkt im hügeligen Gelände hat sie eine Bohrung in einem Pingo niedergebracht, einer riesigen Eislinse, die innerhalb vieler Tausend Jahre aus dem Boden emporgewachsen ist, um festzustellen, wie sich die Temperatur im Inneren verändert. Wichtige Grundlagenforschung, die in Zukunft bei der Modellierung der Klimaentwicklung eine entscheidende Rolle spielen wird.

Autor: Florian Breier (WDR)

Stand: 17.09.2015 14:19 Uhr