Hitzewellen lassen den Permafrost in der Arktis schmelzen

Der arktische Permafrostboden taut in der nördlichen Region der Erde immer schneller auf. Seit mehr als einem Jahrzehnt beobachtet ein internationales Forscherteam der ETH Zürich, der University of Alaska Fairbanks und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt topografische Zeichen – große Vertiefungen, die als „regressive Schmelzstagnation“ bezeichnet werden. Nischen entstehen, wenn dauerhaft gefrorene Bodenschichten (eisreicher Permafrost) auftauen, wodurch die Hänge des Arktischen Rückens anfällig für Erdrutsche werden. Die Erdrutsche deuten auf eine mögliche Freisetzung von Kohlenstoff hin, der seit Zehntausenden von Jahren im Permafrost gespeichert ist.

Risiko der Freisetzung von organischem Kohlenstoff

Ihre Ergebnisse, die kürzlich im European Union Journal of Geosciences veröffentlicht wurden Kryosphäre, zeigt grundlegende Veränderungen in der Topographie der Taimyr-Halbinsel in Sibirien im Norden Russlands. Die Studienergebnisse zeigen einen starken 43-fachen Anstieg der Löslichkeits-retrograden Aktivität und einen 28-fachen Anstieg der Kohlenstoffmobilisierung. Der Anstieg fällt auch mit einer schweren Hitzewelle zusammen, die 2020 in Nordsibirien mit Temperaturen von 38 Grad Celsius (mehr als 100 Grad Fahrenheit) auftrat – Rekordtemperaturen in der Arktisregion.

„Der starke Anstieg der Auftau-Verlangsamungsaktivität aufgrund der sibirischen Hitzewelle zeigt, dass die Kohlenstoffmobilisierung aus Permafrostböden stark und nichtlinear auf die Erwärmung reagieren kann“, betont der Hauptautor der Arbeit, Philip Bernard, Institut für Umweltingenieurwissenschaften, ETH in Zürich.

Messung von Veränderungen im arktischen Permafrost

Anhand von Satellitendaten konnte das Forschungsteam eine neue Methode zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts im Permafrost entwickeln. Derzeit gibt es keine andere großräumige Methode, die mit dieser hohen räumlichen und vertikalen Auflösung Veränderungen in Permafrostregionen misst. Diese Methode ermöglicht Forschern eine genauere Schätzung des Zustands des Kohlenstoffkreislaufs für das globale Kohlenstoffbudget.

Aufbauend auf einer früheren Feld- und Luftflugstudie, die im kanadischen Mackenzie River Delta durchgeführt wurde, kombinierten die Forscher Daten aus der Vorstudie, die sie später zum Vergleich und zur Analyse verwendeten, mit Daten, die von Satelliten in derselben Region stammen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt betreibt seit 2010 eine innovative Satellitenmission mit einem Single-Pass-Radar mit synthetischer Apertur, die TanDEM-X-Mission, um 3D-Höhendaten über der Erdoberfläche zu sammeln. Zusätzlich zu den Radardaten analysierten die Forscher ab 2015 Daten der optischen Sentinel-2-Satelliten, die im Rahmen der Erdbeobachtungsmission der Europäischen Weltraumorganisation, des Copernicus-Programms mit Schwerpunkt auf arktischen Landschaften, eingesetzt wurden.

Ein vernachlässigter Teil des Kohlenstoffkreislaufs in der Arktis

Die Taimyr-Halbinsel in Sibirien ist, wie viele arktische Regionen, eine abgelegene und nahezu unzugängliche Region, was wissenschaftliche Feldstudien zu einem schwierigen, wenn nicht unmöglichen Prozess macht. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen: Sommerliche Hitzewellen und sich erwärmende arktische Regionen stellen jedoch erhebliche Umweltrisiken dar, die es wert sind, beobachtet zu werden.

Der arktische Permafrost soll etwa 1,5 Billionen Tonnen organischen Kohlenstoff enthalten, doppelt so viel wie derzeit in der Atmosphäre. Bernhard stimmt zu, dass die potenziellen Risiken, die mit dieser Art der Kohlenstoffmobilisierung verbunden sind, „eine wichtige, aber weitgehend vernachlässigte Komponente des arktischen Kohlenstoffkreislaufs“ sind. Das Forschungsteam erwartet, dass die Satellitenfernerkundung ein unverzichtbares Werkzeug für die kontinuierliche Überwachung der Kohlenstoffmobilisierung sein wird, die durch das Auftauen von Permafrost in der Arktis entsteht.