Hitzewellen tauen den arktischen Permafrost auf

In der nördlichsten Region der Erde schmilzt der arktische Permafrost beschleunigt. 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 Pockennarben – große Vertiefungen, die als „retrogressive Tauwettereinbrüche“ bezeichnet werden. Die Einbrüche treten auf, wenn dauerhaft gefrorene Bodenschichten (eisreicher Permafrost) schmelzen und arktische Hügelhänge anfällig für Erdrutsche hinterlassen. Die Erdrutsche signalisieren ein Risiko für die mögliche Freisetzung von Kohlenstoff, der seit Zehntausenden von Jahren im Permafrost gespeichert ist.

Risiko der Freisetzung von organischem Kohlenstoff

Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift European Geosciences Union veröffentlicht Die Kryosphäre, zeigen wesentliche Veränderungen der Topographie der sibirischen Taymyr-Halbinsel im Norden Russlands. Die Ergebnisse der Studie zeigen einen starken, 43-fachen Anstieg der Aktivität des rückläufigen Auftaueinbruchs und einen 28-fachen Anstieg der Kohlenstoffmobilisierung. Der Anstieg fällt zufällig auch mit einer extremen Hitzewelle zusammen, die 2020 in Nordsibirien auftrat und bei der die Temperaturen Berichten zufolge 38 Grad Celsius (mehr als 100 Grad Fahrenheit) erreichten – Rekordtemperaturen für die Arktisregion.

„Die starke Zunahme der Tauwetteraktivität aufgrund der sibirischen Hitzewelle zeigt, dass die Kohlenstoffmobilisierung aus Permafrostböden stark und nicht linear auf steigende Temperaturen reagieren kann“, behauptet der Hauptautor der Veröffentlichung, Philipp Bernhard, Institut für Umweltingenieurwissenschaften, ETH Zürich.

Messung von Veränderungen im arktischen Permafrost

Anhand von Satellitendaten konnte das Forschungsteam eine neue Methode zur Quantifizierung der Kohlenstoffmobilisierung in Permafrostböden entwickeln. Derzeit gibt es keine andere großräumige Methode, die mit einer so hohen räumlichen und vertikalen Auflösung die 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, sammelten die Forscher Vorstudiendaten, die sie später zum Vergleichen und Analysieren mit Satellitendaten über derselben Region verwendeten. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt betreibt seit 2010 eine innovative Satellitenmission mit Single-Pass-Radar mit synthetischer Apertur, die TanDEM-X-Mission, um dreidimensionale 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 der arktischen Landschaft eingesetzt wurden.

Vernachlässigter Teil des arktischen Kohlenstoffkreislaufs

Sibiriens Taymyr-Halbinsel ist, wie viele Gebiete der Arktis, eine abgelegene und nahezu unzugängliche Region, was wissenschaftliche Feldstudien zu einer herausfordernden, wenn nicht sogar unmöglichen Operation macht. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen; dass sommerliche Hitzewellen und sich erwärmende arktische Regionen jedoch ein erhebliches Umweltrisiko darstellen, das es wert ist, überwacht zu werden.

Berichten zufolge enthält der arktische Permafrost etwa 1,5 Billionen Tonnen organischen Kohlenstoffs, etwa doppelt so viel wie derzeit in der Atmosphäre enthalten ist. Bernhard stimmt zu, dass die mit dieser Art der Kohlenstoffmobilisierung verbundenen potenziellen Risiken „eine wichtige, aber weitgehend vernachlässigte Komponente des arktischen Kohlenstoffkreislaufs“ sind. Das Forschungsteam geht davon aus, dass die Satellitenfernerkundung ein unverzichtbares Werkzeug für die kontinuierliche Überwachung der Kohlenstoffmobilisierung sein wird, die durch das Schmelzen von Permafrost in der Arktis entsteht.