Auftauender Permafrost prägt das Weltklima

Eine neue Publikation und eine interaktive Karte fassen den aktuellen Wissensstand zu den Risiken von Permafrostböden zusammen – und fordern zum entschlossenen Handeln auf

Wie wirkt sich der Klimawandel auf die dauerhaft gefrorenen Böden der Arktis aus? Was werden die Folgen für das globale Klima, die Menschen und die Ökosysteme sein? Und was kann man dagegen tun? Im Tagebuch Grenzen in der Umweltwissenschaftfasst ein Expertenteam um Benjamin Abbott von der Brigham Young University, USA und Jens Strauss vom Alfred-Wegener-Institut in Potsdam den aktuellen Wissensstand zu diesen Fragen zusammen. Außerdem hat eine AWI-Gruppe um Moritz Langer jetzt eine interaktive Karte zur Vergangenheit und Zukunft des Permafrosts erstellt. Beide Publikationen kommen zum gleichen Schluss: Um die gefährlichen Entwicklungen in diesen Regionen zu stoppen, müssen die Treibhausgasemissionen in den nächsten Jahren drastisch reduziert werden.

Permafrost bedeckt nicht weniger als zehn Prozent der Erdoberfläche. Vor allem auf der Nordhalbkugel gibt es riesige Flächen, in denen im Sommer nur die obersten Zentimeter des Bodens auftauen; der Rest bleibt das ganze Jahr über bis zu einer Tiefe von mehreren hundert Metern gefroren. Zumindest ist das bisher so. „Der Klimawandel stellt eine ernsthafte Bedrohung für diese Permafrostregionen dar“, sagt Jens Strauss vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). Dort sind die Landoberflächentemperaturen zwei- bis viermal so schnell gestiegen wie im globalen Durchschnitt. Dadurch ändern sich die Bedingungen an Land und im Meer viel schneller als erwartet. Und das kann eine Reihe gefährlicher Folgen haben – für das Klima, für die Biodiversität und für den Menschen.

Diese natürlichen Tiefkühltruhen enthalten zum Beispiel die Überreste unzähliger Pflanzen und Tiere, die längst tot sind. Wenn das Material auftaut, beginnen Mikroorganismen, es abzubauen. Dabei wandeln sie die darin enthaltenen Kohlenstoffverbindungen in Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) um, die die Erderwärmung weiter verschärfen können.

Es ist jedoch keine leichte Aufgabe vorherzusagen, wann und in welchem ​​Umfang dies geschehen wird. „In der Öffentlichkeit gehen die Meinungen weit auseinander“, sagt Strauss. Für manche Menschen sind die Permafrostregionen eine tickende Klima-Zeitbombe, die bald vor der Menschheit explodieren wird. Andere gehen jedoch davon aus, dass im hohen Norden auf absehbare Zeit nur vernachlässigbare Mengen an Treibhausgasen freigesetzt werden.

„Beide liegen falsch“, betont der Potsdamer Forscher. „Zugegeben, es gibt keinen Grund zu glauben, dass der Permafrost in ein paar Jahren plötzlich riesige Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre speien und das Klima über den Wendepunkt hinausschieben wird.“ Dennoch sollte die Situation auch nicht heruntergespielt werden. „Schließlich setzen die Permafrostregionen schon heute fast so viel Treibhausgase frei wie Deutschland jährlich ausstößt.“ Und nach wissenschaftlichen Schätzungen könnten diese Böden im Laufe der nächsten zwei Jahrhunderte Gasmengen in die Atmosphäre freisetzen, die die gleiche Wirkung hätten wie mehrere hundert Milliarden Tonnen CO2.

Zudem wird die Oberfläche der Permafrostregionen mit abnehmender Eis- und Schneedecke immer dunkler – und damit stärker von der Sonne erwärmt als früher, als die Landschaft noch reinweiß war. Zusammengenommen gehören diese beiden Faktoren nach aktuellem Forschungsstand zu den wichtigsten Einflüssen, die das Erdklima verändern könnten.

Der Verlust von Permafrostböden bedroht Lebensräume – die Zeit zum Handeln ist jetzt

Die Permafrostregionen beherbergen auch mehr als die Hälfte der verbleibenden Wildnis der Erde. Dort leben speziell angepasste Tier- und Pflanzenarten, die auf den Fortbestand dieser Ökosysteme angewiesen sind. Darüber hinaus wird der tauende Permafrost für die Millionen von Menschen in der Arktis ernsthafte Probleme bedeuten. Der Boden wird oft instabil, wenn das Eis, das ihn zusammenhält, schmilzt. Dann bricht es plötzlich zusammen oder wird vom Ozean erodiert, was zu kostspieligen Schäden an Gebäuden, Straßen oder anderer Infrastruktur führen kann. Dabei werden auch Giftstoffe wie Quecksilber freigesetzt, die in hohen Konzentrationen bei Tieren und Menschen in der Arktis vorkommen.

Für einige Gemeinden im hohen Norden hängen ihre gesamte Kultur und Lebensweise von den gefrorenen Ökosystemen ab. „Diese Menschen haben sehr wenig zum Klimawandel beigetragen, aber sie sind besonders hart davon betroffen“, sagt Strauss. Maßnahmen zum Schutz des Permafrosts halten die Autoren der Studie daher für eine Frage der Gerechtigkeit.

In Wirklichkeit wird das Schicksal des Permafrosts jedoch davon abhängen, welchen Kurs die politischen Entscheidungsträger beim Ausstoß von Treibhausgasen in den nächsten zehn Jahren einschlagen. Angesichts der rasanten Fortschritte bei den erneuerbaren Energien sehen die Experten realistische Möglichkeiten, die Treibhausgasemissionen bis 2030 zu halbieren und bis 2050 ganz zu vermeiden. Zudem muss die lokale Bevölkerung dabei unterstützt werden, intakt zu bleiben Ökosysteme in den Permafrostregionen. „Wir können definitiv noch mehr tun“, betont Strauss. „Wir haben keine Zeit für Resignation.“

Interaktive Karte zeigt vergangene und zukünftige Veränderungen der Permafrostböden

Wie dringend die Lage ist, zeigt eine interaktive Karte, die sein Kollege Moritz Langer und sein Team entwickelt haben. Am AWI leitet Langer die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Nachwuchsgruppe PermaRisk, die mit Computermodellen Veränderungen des Permafrosts und damit verbundene Risiken simuliert. Auf diese Weise kann die Gruppe in Zusammenarbeit mit Experten der Universität Oslo nun einen virtuellen Blick in die Vergangenheit und Zukunft von Permafrostböden bieten.

„Anhand der Karte kann man sehen, wie sich bestimmte Eigenschaften des Klimas und des Permafrosts seit dem Jahr 1800 verändert haben“, erklärt Langer. Wie warm war es auf der Erdoberfläche? Wie tief war der Boden aufgetaut? Und wie viel Kohlenstoff war in dieser aktiven Schicht? Diese Aspekte lassen sich nicht nur bis in die Gegenwart bestimmen; Prognosen sind ebenfalls möglich. Anhand von drei unterschiedlichen Szenarien lässt sich das Schicksal des Permafrosts für niedrige, mittlere und hohe Treibhausgasemissionen simulieren. Sie zeigen: Wenn es gelingt, die Erderwärmung unter zwei Grad Celsius zu halten, wird ein Großteil des Permafrostbodens stabil bleiben. „Leider steuern wir derzeit auf eine deutlich stärkere Erwärmung zu“, warnt Langer. Und die entsprechende Simulation, basierend auf einer Erwärmung zwischen 4 und 6 Grad je nach Region, zeichnet ein düsteres Bild: In diesem Szenario wird sich das große Tauwetter bis 2100 auf praktisch alle Permafrostregionen ausgebreitet haben.