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Sibirischer Flickenteppich

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 07.09.2012 15:34

25 Prozent der Nordhalbkugel bestehen aus Permafrost, viele Hundert Meter tief gefrorenem Erdboden, der vermutlich seit vielen 100.000 Jahren nicht mehr aufgetaut ist. Mit dem befürchteten Klimawandel kann das zumindest teilweise geschehen, denn gerade im Hohen Norden steigen die Temperaturen drastisch. Das Phänomen ist schwer zu fassen, denn die Datenlage ist bescheiden. Auf der Jahrestagung des Helmholtz-Verbundes Regionale Klimaänderungen Reklim in Potsdam stellten Forscher vom Deutschen Geoforschungszentrum (GFZ) und dem Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) die jüngsten Erkenntnisse vor.

Karte des PermafrostsIm Hohen Norden Asiens und Amerikas sind ungeheure Mengen Kohlenstoff wie in einem Kühlschrank gespeichert. "Erst seit ein, zwei Jahren weiß man, wie gewaltig diese Mengen sind", erklärt der Awi-Permafrostexperte Professor Hans-Wolfgang Hubberten auf der Reklim-Tagung in Potsdam, "es ist viel mehr als zum Beispiel in den äquatorialen Gebieten." Rund 1,7 Billionen Tonnen sollen es sein, etwa doppelt so viel wie derzeit in der Erdatmosphäre. In Zeiten dramatischer Klimasprünge in der Arktis blicken die Experten daher mit Sorge auf den in gefrorenen Torfen und Mooren oder in Gashydraten gespeicherten Kohlenstoff. Hubberten: "Der tauende Permafrost bedingt dramatische Veränderungen in der Oberflächengestaltung, in den Ökosystemen, aber vor allem auch damit, was im Permafrost sozusagen über Jahrzehntausende eingefroren ist,wie in einer Tiefkühltruhe, dem Kohlenstoff, dem ehemaligen organischen Material." Wird dieser Kohlenstoff durch das Auftauen des gefrorenen Bodens mobilisiert, wird das den Treibhausgasemissionen der Welt einen nachhaltigen Schub geben.

Viel hängt davon ab, über welche Prozesse der Kohlenstoff des Bodens in Gase wie Methan oder Kohlendioxid umgesetzt wird und wie diese in die Atmosphäre geleitet werden. "Die Variabilität ist immens, von Meter zu Meter kann das um eine Größenordnung unterschiedlich sein, als auch zeitlich, auch von Jahr zu Jahr, von Woche zu Woche natürlich sowieso, aber auch die gleichen Zeiträume in unterschiedlichen Jahren werden deutlich unterschiedliche Methanemissionen zeigen", betont Torsten Sachs auf dem Workshop in Potsdam. Sachs forscht am GFZ und leitet dort die Helmholtz-Nachwuchsgruppe "Spurengasaustausch im System der Erdatmosphäre auf multiplen Skalen", nach dem englischen Namen griffiger als TEAM abgekürzt. Der Geoökologe hat mit seiner Doktorarbeit überhaupt erst gezeigt, wie problematisch die Einschätzung der Methanemissionen in den endlosen Tundren des Polarkreises ist. "Es hapert an der Gesamtabschätzung für große Flächen, da die bisherigen Methoden sehr kleinskalig waren", berichtet Sachs, "da hat sich gezeigt, dass man nicht einfach von einem halben Quadratmeter auf 25 Prozent der Nordhemisphäre extrapolieren kann."

HelipodDie bislang häufigste Messmethode ist vergleichsweise unaufwendig. Erhebungen mit sogenannten Hauben vor Ort bringen exakte Informationen über die Bedingungen zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort, "doch nach ein paar Tagen oder Wochen Messung zu sagen, aus dieser Region kommt so und so viel raus", sagt Hubberten, "ist natürlich Unsinn". Erhebungen mit Messtürmen decken ein größeres Gebiet ab und das vor allem über längere Zeiträume, kosten aber wesentlich mehr. Noch aufwendiger sind Flugkampagnen, die jedoch die größte Fläche abdecken. Sie sind aber nicht nur teuer, sondern von ausländischen Forschern in Russland nahezu nicht durchzuführen.

"Ausländische Forschungsflugzeuge in den russischen Luftraum und dann womöglich noch in den Grenzgebietsluftraum zu bekommen, ist bisher genehmigungstechnisch oft unmöglich", erklärt Torsten Sachs, der trotzdem gerade eine solche Kampagne im Lena-Delta im östlichen Sibirien durchgeführt. Sachs und seine Kollegen setzten dafür die Schleppsonde Helipod der TU Braunschweig ein. "Es kam uns sehr gelegen, dass es diese hubschraubergetragene Sonde gibt, die vom Messprinzip her dasselbe macht wie das Flugzeug", erzählt der Forscher, "sie braucht aber kein ausländisches Flugzeug, sondern man hängt sie einfach mit einem Seil unter ein russisches Fluggerät und macht die Messungen damit."

Blick in den PermafrostDie Ergebnisse der jüngsten Messkampagne stehen noch aus, doch die Resultate von anderen Erhebungen auch aus Kanada zeigen, dass der Permafrost sich sehr unterschiedlich verhält. "Es taut ja nicht in allen 25 Prozent der nördlichen Hemisphäre gleichmäßig", erklärt Torsten Sachs, "dann ist die Vegetationsbedeckung auch sehr heterogen, manche Seen verschwinden, anderswo kommen neue dazu oder sie wachsen, das ist auch nicht überall gleich, und auch der Kohlenstoff selber, der ist ja auch nicht überall gleich umzusetzen." Von einer Vielzahl von Faktoren hängt es folglich ab, ob und in welcher Menge als pflanzliches Material im Boden gespeicherter Kohlenstoff als Treibhausgas mobilisiert wird. "Durch das Verständnis dieser Prozesse", ordnet Awi-Forscher Hubberten ein, "konnte man sehen, was wirklich wichtig ist, und was die Methanemission beeinflusst, Faktoren, die man vorher noch gar nicht beachtet hat."

Einer davon ist zum Beispiel die tundrische Vegetation, etwa die Wassersegge Carex aquatilis. "Die hat mit Luft gefüllte Hohlräume, mit denen sie Sauerstoff zu den Wurzeln transportiert und im Gegenzug das Methan nach oben", berichtet Sachs von der Awi-Forschungsstation im Lena-Delta, "wo es diese Pflanzen gibt, hatten wir tendenziell höhere Emissionen, weil da das Methan direkt aus dem Bereich im Boden, wo es produziert wird, an den Bereichen, wo es oxidiert werden könnte vorbei, in die Atmosphäre geleitet wird, das sind wie so kleine Schornsteine sozusagen." Wo es dieses Gras nicht gibt, kommen Bodenbakterien zu ihrem Recht und setzen das Methan in Kohlendioxid und Wasserstoff um. Das CO2 ist zwar auch ein Treibhausgas, aber ein Methanmolekül ist 25 Mal klimawirksamer als ein CO2-Molekül. Ohnehin wird das Abtauen des Permafrosts an Land langsam voranschreiten, immerhin reicht er in Teilen Sibiriens bis in 1600 Meter Tiefe.

Temperaturkette"Eine andere Geschichte sind Gashydrate, die insbesondere auf den Schelfgebieten von submarinem Permafrost gedeckelt sind", meint Torsten Sachs, "da kann das dann schon eher sein, wenn dieser submarine Permafrost Löcher bekommt, dass man da auch kurzfristig starke Emissionen kriegt." Gashydrate sind in Wassereis gefangene Methanmoleküle, das Gemisch ist nur unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen stabil. In den Randgebieten des Nordpolarmeers sind diese Bedingungen nur gegeben, solange eine Eisdecke über den Gashydraten liegt. Diese Eisdecke beginnt jetzt zu schmelzen, und offenbar wesentlich schneller als die an Land. "Das ist Permafrost, der während der letzten Eiszeit gebildet wurde, als der Meeresspiegel 120 Meter tiefer lag", erklärt Hans-Wolfgang Hubberten, "er steht jetzt thermisch in der Wechselwirkung mit dem 1,6 oder 1,8 Grad kalten Meerwasser." Lange Zeit waren die Polarforscher davon ausgegangen, dass diese Wechselwirkung dem untermeerischen Permafrost nur langsam zusetzt und er noch Jahrzehnte oder Jahrhunderte gefroren bleibe. Das scheint ein Trugschluss gewesen zu sein. Hubberten: "Wir haben bei einer Bohrung, die wir vor ungefähr fünf Jahren in den submarine Permafrost der Laptew-See niedergebracht haben, gesehen, dass in den 70 Metern, die wir erbohrt hatten, die Temperatur schon genau die Temperatur des Meerwassers widerspiegelte." Die oberen 70 Meter des steingefrorenen Meeresbodens waren demnach bereits aufgetaut. Eine böse Überraschung, denn für den Arktischen Ozean werden in Zukunft drastisch höhere Temperaturen vorhergesagt.

Permafrost"Wir sehen im Moment, dass die warmen atlantischen Wassermassen immer mehr und immer stärker auch auf die russischen und sibirischen Schelfe strömen", so Hubberten, "da könnte es sein, dass die Desintegration oder das Auftauen des submarinen Permafrostes rascher voran gehen, als wir eigentlich ursprünglich mal erwartet hatten." Auch wenn es nur eine Bohrung ist und sie wegen fehlender russischer Bohrgenehmigungen für lange Zeit die einzige bleiben wird, hat sie die Permafrostforscher doch sehr beunruhigt. Ein Ausgasen der Methanhydrate an den Eisschelfen Sibiriens könnte wirklich große Mengen an Treibhausgas freisetzen, und anders als die Torfe und Moorböden an Land müssen die Gashydrate nicht erst durch Mikroben umgesetzt werden.