Auftauender Permafrost in der Arktis muss nicht immer zu erhöhten Emissionen des Treibhausgases Methan führen. Wenn aufgetauter Boden austrocknet, können die Emissionen stattdessen zurückgehen. Das zeigt eine neue Studie der Universität Göteborg.
Wärmere Klimazonen tauen Permafrost in arktischen Gebieten auf, was unter anderem zu sehr großen Kohlenstoffemissionen in Form von Methangas führen kann.
„Ein Großteil unseres Wissens über Methanemissionen beim Auftauen von Permafrost stammt aus kohlenstoffreichen Gebieten in der Arktis, die große Treibhausgasemissionen erzeugen“, sagt Mats Björkman, Forscher am Department of Earth Sciences. „Unsere Studie hingegen wurde in mineralreichen Böden in der Nähe von Abisko in Nordschweden durchgeführt. Dort haben wir eine Verzehnfachung der Methanemissionen festgestellt, als wir Gebiete verglichen, in denen vor 15 bis 25 Jahren aufgetaut wurde.“
Die Forscher stellten fest, dass die Oberflächenschicht des Bodens trockener wurde, als der Permafrost verschwand. Dadurch ändern sich Bedingungen, die die Produktion von Methan ermöglichen.
„Wenn die Eiskappe des Permafrostbodens im Boden verschwindet, ist das wie das Entleeren einer Badewanne. Das Bodenwasser läuft ins Grundwasser ab und die oberflächlichen Bodenschichten trocknen aus“, sagt Björkman.
Die Menge an Methan, die aus dem Boden emittiert wird, hängt von zwei mikrobiellen Prozessen ab. Einerseits erfordert die Produktion von Methan sauerstoffarme, vorzugsweise feuchte Umgebungen. Andererseits verbrauchen sauerstoffreiche Umgebungen, beispielsweise in der Nähe der Erdoberfläche, Methan. Das bedeutet, dass eine relativ kleine Änderung der Bodenfeuchte in den oberen Zentimetern die Emissionen beeinflussen und sogar dazu führen kann, dass Methan aus der Atmosphäre aufgenommen wird.
Die Vegetation beeinflusst die Methanemissionen
Die Forschungsstudie zeigt auch, dass sich die Vegetation nach einigen Jahren ohne Permafrost im Boden verändert, was eine Rolle bei den Methanemissionen spielen kann.
An feuchte Böden angepasste Pflanzen wie Hasenschwanz-Wollgras nahmen ab, und die Zahl der Sträucher nahm zu und wurde größer. Hasenschwanz-Wollgras ist wie viele andere Feuchtgebietspflanzen fast hohl, mit einer schwammartigen Struktur, damit Sauerstoff bis zu den Wurzeln der Pflanze gelangen kann. Dieses Gewebe fungiert auch als Schornstein für Methangas und lässt es an den Methanverbrauchern in der sauerstoffreichen Oberflächenschicht des Bodens vorbeischleichen. Wenn die Menge an Hasenschwanz-Wollgras abnahm, sanken auch die Emissionen.
Bedeutung eines umfassenden Bildes der Arktis
Die meisten Studien zu Kohlenstoffemissionen in der Arktis wurden in Gebieten mit tiefem Permafrost durchgeführt. Dies führt zu einem anderen Ergebnis, als wenn Eis in dünneren Bodenschichten schmilzt und vollständig verschwindet, wie dies in schwedischen Alpengebieten der Fall ist, die auch weniger Kohlenstoff enthalten.
„Unsere Forschung zeigt, dass die Emissionen aus Gebieten, in denen Permafrost auftaut, nicht überall gleich sind. Die Beobachtungen stellen einen wichtigen Bestandteil eines umfassenderen Bildes der Klimaauswirkungen in der Arktis dar. Unsere Ergebnisse unterstreichen auch die Bedeutung der Einbeziehung von Hydrologie, Vegetation und Mikroben Änderungen bei der Untersuchung der langfristigen Auswirkungen des Auftauens und Verschwindens von Permafrost.“
In Zukunft will Mats Björkman bestimmen, welche Gebiete entweder feuchter oder trockener werden und sehen, wie sie davon betroffen sind, wenn der Permafrost auftaut. Er weist auch darauf hin, dass seine Ergebnisse den Einfluss der Menschheit auf den Klimawandel nicht verändern.
„Der beste Weg, den Treibhauseffekt einzudämmen, ist nach wie vor, dass die Menschheit ihre Treibhausgasemissionen reduziert.“
Der Klimawandel in der Arktis wird voraussichtlich bis 2100 aufgrund des tauenden Permafrosts Emissionen von bis zu 250 Gigatonnen Kohlenstoff verursachen. Ein Großteil des Wissens über die Prozesse, die Kohlenwasserstoffe freisetzen, stammt aus kohlenstoffreichen Gebieten der Arktis. Bisher wurden nur wenige Studien darüber durchgeführt, wie sich diese Prozesse auf die mineralreichen Böden der Arktis auswirken, die etwa 87 % der gesamten Landmasse im Norden ausmachen.
Um einen Einblick zu erhalten, wie Vegetation, Boden und Mikroorganismen durch das Verschwinden des Permafrosts beeinflusst wurden, untersuchte Björkmans Forschungsteam zwei Standorte mit mineralreichen Böden in den Abisko-Bergen, wo der Permafrost in den 1980er und 1990er Jahren verschwand.
Christoph Keuschnig et al, Reduzierte Methanemissionen in ehemaligen Permafrostböden durch Vegetation und mikrobielle Veränderungen nach Entwässerung, Biologie des globalen Wandels (2022). DOI: 10.1111/gcb.16137