Wenn Permafrost auftaut, kann Wasser schneller durch den Boden fließen, wodurch ein komplexes unterirdisches Strömungssystem entsteht. Forscher des Barrow Environmental Observatory in Alaska gewannen Einblick in diesen Prozess, indem sie täglich den elektrischen Widerstand des Bodens maßen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Vegetation und die Schneedecke, die sich im Winter auf der Vegetation ansammelt, die Bodentemperaturen und den Wasserfluss im Boden steuern. Wo sich Schnee ansammelt, bleiben die Bodentemperaturen wärmer und Wasser und Energie aus Schneeschmelze und Regen können schnell durch den Boden fließen. Wo die Schneedecke dünn ist, sind die Bodentemperaturen kälter, was den Wasserfluss verhindert.
Die Hervorhebung der Verbindung zwischen ober- und unterirdischen Eigenschaften und Prozessen in der Arktis wird dazu beitragen, die Vorhersagen der Wissenschaftler darüber zu verbessern, wie die Arktis mit dem breiteren Klimawandel zusammenhängt. Die Ergebnisse zeigen auch, dass sich die arktischen Systeme schnell verändern und dass der Permafrost am Studienstandort des Forschungsteams innerhalb des nächsten Jahrzehnts verschwinden könnte. Änderungen in der Schneedeckenverteilung und den Niederschlagsmustern könnten diesen Prozess beschleunigen.
Der Klimawandel verursacht schnelle Veränderungen in den arktischen Ökosystemen, aber Wissenschaftler haben nicht genügend Daten gesammelt, um die komplexen unterirdischen Prozesse zu entschlüsseln, die mit diesen Veränderungen verbunden sind. Mithilfe geophysikalischer und In-situ-Sensorik schlossen die Forscher eine Beobachtungslücke im Zusammenhang mit der thermohydrologischen Dynamik in diskontinuierlichen Permafrostsystemen.
Die Forscher sammelten Daten über mehr als zwei Jahre Überwachung und konnten die Auswirkungen von Vegetation, Topographie und Schneedickenverteilung auf thermohydrologische Eigenschaften und Prozesse unter der Oberfläche aufdecken. Große Schneeansammlungen in der Nähe von hohen Sträuchern isolieren den Boden und ermöglichen einen schnellen und nach unten gerichteten Wärmefluss, während eine dünnere Schneedecke über niedrigen Gräsern und Seggen zu oberflächlichem Gefrieren führt und verhindert, dass Wasser in den Untergrund eindringt.
Bei der Analyse kurzfristiger Störungen wie Schneeschmelze oder starke Regenfälle fand das Forschungsteam heraus, dass seitliche Strömungen ein treibender Faktor für die Bildung eines Taliks sein könnten, einer unterirdischen Schicht im Permafrost, die das ganze Jahr über ungefroren bleibt. Zwischenjährliche Messungen zeigen, dass die Temperaturen im tiefen Permafrost über zwei Jahre um etwa 0,2 Grad Celsius gestiegen sind.
Die Ergebnisse dieser Studie, die darauf hindeuten, dass Schnee-Vegetation-unterirdische Prozesse eng miteinander gekoppelt sind, werden die Vorhersagen der arktischen Rückkopplung auf den Klimawandel verbessern, einschließlich der Frage, wie die unterirdische Thermohydrologie Kohlendioxid- und Methanflüsse beeinflusst.
Die Studie erscheint im Geophysikalische Forschungsbriefe.
S. Uhlemann et al, Geophysikalische Überwachung zeigt, dass räumliche Heterogenität in der thermohydrologischen Dynamik ein Übergangspermafrostsystem umgestaltet, Geophysikalische Forschungsbriefe (2021). DOI: 10.1029/2020GL091149