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Abrupter Treibhausgasanstieg durch Permafrostböden?

erstellt von rduechting zuletzt verändert: 21.11.2014 18:02

Wissenschaftler vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben eine mögliche Quelle identifiziert, aus der vor etwa 14.600 Jahren Kohlendioxid (CO₂) und andere Treibhausgase abrupt und in großen Mengen in die Atmosphäre gelangten. Das CO₂ - freigesetzt in der Bølling/Allerød Warmphase - stammte dieser neuen Interpretation zufolge vermutlich aus auftauenden arktischen Permafrostböden und verstärkte durch positive Rückkopplung die initiale Erwärmung.

Eine 35 Meter hohe Steilwand aus Eis und gefrorenen Sedimenten, fotografiert auf der Insel Sobo Sise im Lena Delta, Sibirien. (Bild: AWI, Thomas Opel)Einer der abruptesten Anstiege des Kohlendioxidgehalts der Atmosphäre am Ende der letzten Eiszeit fand vor ungefähr 14.600 Jahren statt. Eiskerndaten zeigen, dass der CO₂-Gehalt damals innerhalb von 200 Jahren um mehr als 10 ppm zunahm (parts per million – Teile pro Millionen, Maßeinheit für die Zusammensetzung von Gasen). Diese CO₂-Zunahme war mit etwa 0,05 ppm pro Jahr deutlich geringer als der durch fossile Brennstoffe verursachte aktuelle Anstieg im atmosphärischen CO₂ von 2-3 ppm pro Jahr in der letzten Dekade. Diese Daten beschreiben eine abrupte Veränderung im globalen Kohlenstoffkreislauf während des Übergangs von der letzten Eiszeit in die heutige Warmzeit und lassen Rückschlüsse auf ähnlich verlaufende Prozesse zu, die in der Zukunft eine Rolle spielen könnten.

Um den Ursprung des Treibhausgases zu ermitteln, hat ein Team um die Geo- und Klimawissenschaftler Dr. Peter Köhler und Dr. Gregor Knorr vom Alfred-Wegener-Institut Computersimulationen zur neuen Interpretation dieser CO₂-Daten durchgeführt. Anlass für diese Berechnungen waren von französischen Kollegen veröffentlichte neue Radiokohlenstoffdaten (14C), die Informationen über das Alter des in die Atmosphäre eingetragenen CO₂ lieferten. Das Alter wiederum lässt Rückschlüsse auf die Kohlenstoffquelle zu.

„Der gegen Null gehende Anteil von Radiokohlenstoff im CO₂, das in die Atmosphäre freigesetzt wurde, zeigt uns, dass der Kohlenstoff sehr alt gewesen sein muss“, sagt Köhler. Der Kohlenstoff könne daher nicht aus der Tiefsee stammen, denn, so Köhler weiter: „Der in der Tiefsee gespeicherte Kohlenstoff steht über eine Dauer von Jahrtausenden im Austausch mit der Atmosphäre, in der 14C durch die Einwirkung kosmischer Strahlung entsteht.“ Radiokohlenstoff ist jedoch instabil und zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 5.700 Jahren. Die atmosphärischen Daten von CO₂ und 14C sind nur zu erklären, wenn eine Kohlenstoffquelle angenommen wird, die nahezu kein 14C mehr enthält – die Treibhausgase müssen also eine andere Quelle als die Tiefsee gehabt haben.

Thermokarst-Senke mit kleinem Thermokarst-See auf der Bykovsky-Halbinsel, sibirische Arktis. (Bild: AWI, Thomas Opel)Solch eine potentielle Quelle für atmosphärischen Kohlenstoff sind Permafrostböden, in denen teilweise sehr altes organisches Material enthalten ist, das beim Auftauen der Böden in Form der Treibhausgase CO₂ und Methan freigesetzt wird. Zurückzuführen ist das Tauen der arktischen Permafrostböden darauf, dass ein plötzliches Anspringen des großskaligen atlantischen Wärmetransportes im Ozean die Bølling/Allerrød-Warmphase initiierte.

Die Menge des in die Atmosphäre eingetragenen Kohlendioxids konnten die Forscher mit einem Computermodell abschätzen, das den globalen Kohlenstoffkreislauf simuliert. Demnach ist der Eintrag von mehr als einer halben Gigatonne Kohlenstoff pro Jahr (1 Gigatonne = 1 Petagramm = 1015 Gramm) über zwei Jahrhunderte notwendig, um die beobachteten Daten zu erklären. Das entspricht einer Gesamtmenge von mehr als 100 Gigatonnen Kohlenstoff. Heutige anthropogene CO₂-Emissionen durch fossile Brennstoffe sind mit etwa zehn Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr mindestens um einen Faktor zehn größer als die Freisetzungsraten dieses natürlichen Prozesses.

Das prognostizierte Auftauen großer Permafrostgebiete, gefolgt vom Anstieg der Treibhausgase, trat laut der Studie zeitgleich mit der nordhemisphärischen Klimaerwärmung am Beginn der Bølling-Warmzeit auf. Die freigesetzten Treibhausgase können die anfängliche Erwärmung durch Rückkopplungseffekte verstärken.

Ein ähnlicher Effekt wird im aktuellen Bericht des Weltklimarates (IPCC) auch für die Zukunft prognostiziert. Die Erwärmung beispielsweise in Sibirien führt schon heute zum Auftauen von Permafrostböden: CO₂ und Methan gasen aus. Dieselben Prozesse, die heute beobachtet werden - und in noch stärkerem Ausmaße in den kommenden Jahrzehnten erwartet werden - haben vermutlich in ähnlicher Weise bereits vor 14.600 Jahren stattgefunden. „Allerdings ist der Klimazustand der Erde heute bereits durch anthropogen emittierte Treibhausgase verändert. Die zukünftige CO₂-Freisetzung aus dem prognostizierten Auftauen von Permafrost ist deutlich geringer als der Eintrag durch fossile Brennstoffe. Diese Emissionen aus Permafrostböden sind jedoch zusätzliche Treibhausgasquellen, die den anthropogen verursachten Effekt noch verstärken“, sagt Köhler.

Permafrost-Regionen auf der Nordhalbkugel. (Bild: Hugues Lantuit, AWI)

Rund ein Viertel der Landoberfläche auf der Nordhalbkugel ist dauerhaft gefroren. Diese Permafrostregionen werden von Wissenschaftlern in Gegenden mit (a) kontinuierlichem Permafrost, (b) diskontinuierlichem oder unstetem Permafrost oder (c) vereinzeltem Permafrostaufkommen eingeteilt - je nachdem, welch größer Anteil der Landfläche wirklich gefroren ist. (Bild: Hugues Lantuit, AWI)


Quelle: Alfred-Wegener-Institut Bremerhaven, November 2014