Laut einer neuen Caltech-Studie verlangsamt Permafrost, die dicke Schicht aus dauerhaft gefrorenem Boden, die einen Großteil der Arktis bedeckt, die Migration arktischer Flüsse. Flussmigration ist ein häufiger Prozess, bei dem sich der Weg eines Flusses im Laufe der Zeit aufgrund der Erosion der Flussufer schlängelt. Diese Umleitung, die auch bei plötzlichen Überschwemmungen auftreten kann, stellt eine Bedrohung für viele Gemeinden dar, die an Flüssen leben und von ihnen abhängig sind. Die Ergebnisse haben auch Auswirkungen darauf, wie sich die Klimaerwärmung auf die Arktis auswirken wird, wenn der Permafrost im Laufe der Zeit auftaut.
Die Forschung wurde im Caltech-Labor von Michael Lamb, Professor für Geologie, durchgeführt und wird in einem Artikel beschrieben erscheinen im Tagebuch Natur.
Unter der Leitung der Doktorandin Emily Geyman konzentrierte sich die Studie auf den Koyukuk River, einen großen Nebenfluss des Yukon River, der sich über Hunderte von Kilometern durch das Innere Alaskas schlängelt. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft gab es Diskussionen darüber, ob der gefrorene Boden entlang der Flussufer dazu dient, die Ufer vor Erosion zu schützen oder diese zu fördern.
„Große Flüsse wie der Yukon oder der Amazonas können sich pro Jahr mehrere zehn bis mehrere hundert Meter bewegen“, sagt Geyman. „Insbesondere arktische Flüsse unterscheiden sich von gemäßigten Flüssen dadurch, dass sie das Material ihrer Ufer auftauen müssen, bevor sie es aufnehmen und transportieren können.“
Aufgrund des Klimawandels taut der Permafrost über Jahrzehnte hinweg langsam auf. Doch ein Fluss kann innerhalb eines Jahres drastische natürliche Veränderungen erfahren, wobei sich die Strömungsbedingungen von sehr kalt und schnell im zeitigen Frühjahr zu warm und langsam ein paar Monate später ändern. Geyman und ihre Mitarbeiter nutzten diese großen Veränderungen, die innerhalb einer einzigen Saison stattfinden, um einen Einblick in das Verhalten der Flüsse als Reaktion auf den Klimawandel in Jahrzehnten oder Jahrhunderten in der Zukunft zu gewinnen.
Im Frühling schwillt das Volumen des Koyukuk-Flusses durch die Schneeschmelze an und es fließt schnelles, kaltes Wasser. Bei gemäßigteren Flüssen bedeutet eine schnelle Strömung mehr Erosion. Aber in der Arktis kommt es auf die Wassertemperatur an – kaltes Wasser ist nicht in der Lage, die gefrorenen Ufer aufzutauen, um abzuwandern.
In der neuen Studie nutzten Geyman und ihre Mitarbeiter Satellitenbilder des Koyukuk aus den letzten Jahren und entwickelten eine Technik, um hochauflösende Änderungen aus den Bildern zu entschlüsseln. Das Team stellte die Hypothese auf, dass, wenn Permafrost die Migration des Flusses verlangsamt, die Migration erst später im Sommer zu beobachten sein dürfte, wenn sich das Flusswasser erwärmt hat. Ihre Hypothese stimmte mit den Satellitendaten überein und deutete darauf hin, dass Permafrost tatsächlich die Flussmigration verlangsamt.
Als nächstes verglich das Team Abschnitte des Flusses, die durch Permafrost fließen, mit solchen, die dies nicht tun. Der Koyukuk ist etwas Besonderes, weil er ein Flickenteppich aus Permafrost und nicht gefrorenem Boden durchquert. Das Team reiste in die Arktis, um die Erosion an verschiedenen Flussbiegungen zu kartieren, und stellte fest, dass Abschnitte ohne Permafrost doppelt so schnell durch Permafrostgebiet wanderten wie analoge Flussbiegungen.
Die Forschung ist Teil einer größeren Anstrengung, die Dynamik von Flüssen und ihren Transport von Kohlenstoff, Nährstoffen und anderen im Boden eingeschlossenen Materialien zu verstehen.
„Flussmigration hat Auswirkungen auf die lokale Gemeinschaft und die Infrastruktur sowie auf die arktische Umwelt“, sagt Lamb. „Im gefrorenen Permafrost sind etwa 1.500 Gigatonnen Kohlenstoff gespeichert – zum Vergleich etwa doppelt so viel Kohlenstoff wie in der Atmosphäre. Im Boden ist auch Quecksilber eingefroren, das beim Auftauen des Permafrosts in Flüsse freigesetzt werden könnte. Letztendlich versuchen wir es.“ um zu verstehen, was mit diesen Elementen im Zusammenhang mit der Flusserosion passiert.“
Die Arbeit war eine Zusammenarbeit mit lokalen Alaska-Ureinwohnergemeinschaften, insbesondere aus der Stadt Huslia.
„Es war eine Ehre für die Zusammenarbeit mit Caltech und dass sie unsere kleine Gemeinde ausgewählt haben, um das Auftauen des Permafrosts zu messen“, sagt Carl Burgett, Leiter von Huslia. „Mit dem Auftauen und den geotechnischen Zeitplänen im Norden stehen wir vor einer großen Gefahr, innerhalb kurzer Zeit mindestens ein Drittel unserer Gemeinde zu verlieren. Mit den neuen Daten, die wir gesammelt haben, kann hoffentlich ein Umsiedlungsplan für unsere Gemeinde finanziert werden.“ dringend benötigte Infrastruktur.“
Weitere Informationen:
Emily C. Geyman et al., Permafrost verlangsamt die Erosion arktischer Flussufer, Natur (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07978-w