Es wurde festgestellt, dass abruptes Auftauen des Permafrosts die Erwärmungseffekte auf die CO₂-Emission des Bodens verstärkt

Laut einer aktuellen Studie veröffentlicht in NaturgeowissenschaftenWissenschaftler haben herausgefunden, dass die Kohlendioxidemissionen (CO2) des Bodens in Gebieten mit Permafrosteinbruch empfindlicher auf die Klimaerwärmung reagieren als in nicht eingestürzten Gebieten.

Diese Studie, die auf Felderwärmungsexperimenten in Kombination mit der Laborinkubation von Böden aus einer groß angelegten Probenahme basiert, liefert neue Erkenntnisse über die Kohlenstoff-Klima-Rückkopplung im Permafrost im Kontext der zukünftigen Klimaerwärmung.

Höhere Temperaturen haben zu einem raschen Auftauen des Permafrosts in Permafrostregionen in hohen Breiten und Höhen geführt. In etwa 20 % der nördlichen Permafrostregion kommt es zu einem plötzlichen Auftauen des Permafrosts, bekannt als Thermokarst, aber diese Region speichert etwa die Hälfte des gesamten unterirdischen organischen Kohlenstoffs. Diese Art des Auftauens kann die Morphologie der Landoberfläche umstrukturieren und zu abrupten Veränderungen der biotischen und abiotischen Eigenschaften des Bodens führen, was den Kohlenstoffkreislauf des Ökosystems erheblich verändern kann.

Da sowohl Thermokarst- als auch Nicht-Thermokarstgebiete gleichzeitig eine anhaltende Erwärmung erfahren, ist eine wichtige, aber bisher übersehene Überlegung, ob die Erwärmungseffekte auf den CO2-Fluss im Boden zwischen diesen beiden unterschiedlichen Landformen unterschiedlich sein könnten.

Um diese Wissenslücke zu schließen, hat eine gemeinsame Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Yang Yuanhe vom Institut für Botanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften mithilfe mehrerer Ansätze untersucht, wie die Thermokarstbildung die Reaktionen der CO2-Flüsse im Boden auf die Klimaerwärmung beeinflusst.

In einem gut reproduzierten Erwärmungsexperiment, das gleichzeitig in Thermokarst- und Nicht-Thermokarst-Gebieten durchgeführt wurde, stellten die Forscher fest, dass der durch die Erwärmung verursachte Anstieg der CO2-Freisetzung im Boden in Thermokarst-Gebieten etwa 5,5-mal höher war als in angrenzenden Nicht-Thermokarst-Landformen.

Anschließend analysierten sie über 30 potenzielle Treiber der Erwärmungseffekte auf die CO2-Freisetzung mithilfe physikalisch-chemischer Bodenanalysen, festkörperbasierter 13C-Kernspinresonanz und metagenomischer Sequenzierung. Sie fanden heraus, dass die stärkere Erwärmungsreaktion hauptsächlich auf die geringere Qualität des Bodensubstrats und die höhere Häufigkeit mikrobieller Funktionsgene im Zusammenhang mit der Zersetzung von organischem Kohlenstoff in von Thermokarst betroffenen Böden zurückzuführen war.

Darüber hinaus stellte das Team durch Inkubation von Böden von sechs weiteren von Thermokarst betroffenen Standorten entlang eines 550 km langen Permafrost-Transekts fest, dass die Bildung von Thermokarst die Temperaturempfindlichkeit der CO2-Freisetzung deutlich erhöhte, was einen zusätzlichen Beweis für die stärkere CO2-Reaktion des Bodens auf die Erwärmung in Thermokarstlandschaften lieferte.

„Als vorläufige Untersuchung seiner globalen Bedeutung und Extrapolation der Erwärmungsreaktion des CO2-Flusses im Boden auf alle Hochland-Thermokarstregionen der nördlichen Hemisphäre könnte es zu einer zusätzlichen Kohlenstofffreisetzung im Boden von 0,4 Pg C pro Jahr kommen, was etwa einem Viertel entspricht die prognostizierten Kohlenstoffverluste im Permafrostboden bis zum Ende des 21. Jahrhunderts“, sagte Prof. Yang, korrespondierender Autor der Studie.

Diese Studie liefert mehrere Belege dafür, dass der durch Erwärmung verursachte CO2-Verlust im Boden bei Thermokarstbildung stärker ist. Diese Erkenntnisse können dazu beitragen, die zukünftige Entwicklung der Kohlenstoff-Klima-Rückkopplung im Permafrost genauer zu prognostizieren.