Permafrostböden speichern große Mengen organischen Kohlenstoffs und werden oft als kritisches Kippelement im Erdsystem dargestellt, das bei einer bestimmten globalen Erwärmung plötzlich und global zusammenbricht. Dieses Bild einer tickenden Zeitbombe, die relativ ruhig bleibt, bis sie bei einer bestimmten Erwärmung hochgeht, ist in der Forschungsgemeinschaft jedoch umstritten.
Doch dieses Bild täuscht, wie ein internationales Team unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts in einer jetzt veröffentlichten Studie zeigt, nachdem derzeit wissenschaftliche Daten vorliegen.
Ihren Erkenntnissen zufolge gibt es keinen einzigen globalen Kipppunkt, sondern zahlreiche lokale und regionale, die zu unterschiedlichen Zeiten „kippen“, kumulative Effekte haben und den Permafrost im Gleichschritt mit dem Klimawandel auftauen lassen. Umso wichtiger ist es daher, heute entschlossen zu handeln, wenn wir so viel Permafrost wie möglich erhalten wollen. Die Studie erschien in der Fachzeitschrift Natur Klimawandel.
Permafrost bedeckt etwa ein Viertel der Landmasse der nördlichen Hemisphäre und speichert enorme Mengen organischen Kohlenstoffs in Form abgestorbener Pflanzenstoffe. Solange der Permafrost gefroren bleibt, bleibt dieser Stoff intakt – wenn er jedoch auftaut, beginnen Mikroorganismen, ihn zu zersetzen, wodurch große Mengen Kohlenstoff in Form von CO2 und Methan in die Atmosphäre freigesetzt werden.
Steigende Temperaturen weltweit könnten demnach dieses riesige Reservoir aktivieren und durch zusätzliche Emissionen den Klimawandel deutlich verschärfen. In der öffentlichen Debatte begegnet man deshalb häufig dem Begriff einer „tickenden Kohlenstoff-Zeitbombe“.
Dies basiert auf der Annahme, dass der Permafrost, wie das grönländische Eisschild, eines von mehreren Kippelementen im Erdsystem ist. Dieser Ansicht zufolge wird der Permafrost als Reaktion auf die globale Erwärmung zunächst nur allmählich auftauen. Sobald jedoch ein kritischer Schwellenwert überschritten wird, werden sich die Tauprozesse plötzlich gegenseitig verstärken, was zu einem schnellen und unumkehrbaren Zusammenbruch des Permafrosts in der gesamten Arktis führen wird.
Obwohl viele darüber spekuliert haben, dass ein solches Tauszenario möglich sei, blieb bislang unklar, ob es einen solchen Schwellenwert tatsächlich gibt und wenn ja, wie hoch die entsprechende Temperaturgrenze ist.
Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Dr. Jan Nitzbon vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) ist dieser Frage nun auf den Grund gegangen.
„Tatsächlich ist die Vorstellung, dass Permafrost ein globales Kippelement ist, in der Forschung umstritten. Auch der Weltklimarat IPCC hat in seinem jüngsten Sachstandsbericht auf diese Unsicherheit hingewiesen“, sagt der AWI-Experte.
„Unser Ziel war es, diese Wissenslücke zu schließen. Für unsere Studie haben wir die verfügbare wissenschaftliche Literatur zu jenen Prozessen zusammengetragen, die das Auftauen des Permafrosts beeinflussen und beschleunigen können. Kombiniert mit unserer eigenen Datenanalyse haben wir alle aktuellen Erkenntnisse zu Auftauprozessen daraufhin bewertet, ob und auf welcher räumlichen Skala – lokal, regional, global – sie bei einer bestimmten Erwärmung zu einem selbsterhaltenden Auftauen und damit zu einem ‚Kippen‘ führen können.“
Die Ergebnisse der Studie sind eindeutig: Es gibt zwar geologische, hydrologische und physikalische Prozesse, die sich selbst verstärken und teilweise irreversibel sind, diese wirken jedoch nur lokal oder regional. Ein Beispiel: die Entstehung sogenannter Thermokarstseen. Dabei schmilzt das Eis im Inneren von Permafrostböden und es entstehen Vertiefungen.
Das Schmelzwasser sammelt sich an ihrer Oberfläche und bildet einen dunklen See, der große Mengen Sonnenenergie absorbiert. Dies wiederum verstärkt die Erwärmung des Permafrosts unter dem Wasser und erzeugt einen sich selbst erhaltenden Tauprozess im und um den See. Sie fanden auch ähnlich verstärkende Rückkopplungen bei anderen Permafrost-relevanten Prozessen, wie dem Verlust borealer Nadelwälder durch Feuer – aber auch hier nur auf lokaler bis regionaler Ebene.
„Es gibt keine Hinweise auf selbstverstärkende interne Prozesse, die ab einem bestimmten Grad der globalen Erwärmung den gesamten Permafrost erfassen und sein Auftauen global beschleunigen“, erklärt Nitzbon.
„Darüber hinaus würde die prognostizierte Freisetzung von Treibhausgasen nicht zu einer globalen Erwärmung bis zum Ende des Jahrhunderts führen. Daher ist die Darstellung des Permafrosts als globales Kippelement irreführend.“
Das heißt aber nicht, dass der arktische Permafrost kein Grund zur Sorge ist – im Gegenteil, die Studie zeigt deutlich, dass die Permafrostzone sehr heterogen ist. Folglich werden zahlreiche kleine, lokale Kipppunkte zu unterschiedlichen Zeitpunkten und bei unterschiedlichen Erwärmungsstufen überschritten, die sich im Laufe der Zeit anhäufen.
Das Ergebnis ist, dass das globale Auftauen des Permafrosts nicht als allmähliche Zunahme und anschließend als plötzlicher Anstieg erfolgen wird; vielmehr wird sich die Abtauung im Gleichschritt mit der Erderwärmung beschleunigen und mit dem völligen Verlust des Permafrosts enden, sobald die Erderwärmung fünf bis sechs Grad Celsius erreicht.
„Das heißt, immer mehr Regionen sind bereits oder werden in Kürze unweigerlich vom Tauwetter betroffen sein“, sagt der AWI-Forscher.
„Mit anderen Worten: Es gibt keinen Sicherheitsspielraum bei der Erwärmung – wie das Bild des Kipppunkts suggeriert –, den wir noch ausnutzen können, solange wir den Schwellenwert nicht überschreiten.
„Deshalb müssen wir die Permafrostgebiete durch ein noch besseres Monitoring weiter im Blick behalten, die Prozesse besser verstehen und in Klimamodellen abbilden, um die Unsicherheitsquellen weiter zu reduzieren. Und noch eines ist im Hinblick auf den durch Treibhausgasemissionen bedingten Permafrostverlust klar: Je schneller die Menschheit Netto-Null-Emissionen erreicht, desto mehr Gebiete können als einzigartige Lebensräume und Kohlenstoffspeicher erhalten bleiben.“
Mehr Informationen:
Keine Ruhepause von den Auswirkungen des Permafrost-Tauens, solange es keinen globalen Wendepunkt gibt, Natur Klimawandel (2024). DOI: 10.1038/s41558-024-02011-4