Von Flügen gesammelte Daten bringen Methanwolken mit Tundrabränden im Westen Alaskas in Verbindung

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass in Alaskas größtem Flussdelta, der von Waldbränden versengten Tundra, noch lange nach dem Erlöschen der Flammen mehr Methan ausgestoßen wird als der Rest der Landschaft. Das starke Treibhausgas kann durch die Zersetzung von Kohlenstoff entstehen, der über Jahrtausende im Permafrost gespeichert war. Seine Freisetzung könnte die Klimaerwärmung beschleunigen und zu häufigeren Waldbränden in der Tundra führen, wo Brände historisch selten waren.

Der neue Studieveröffentlicht in Umweltforschungsbriefewurde von einem Team von Wissenschaftlern durchgeführt, die im Rahmen des Arctic-Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) der NASA arbeiteten, einer groß angelegten Studie über Umweltveränderungen in Alaska und Westkanada.

Forscher fanden heraus, dass Methan-Hotspots in der Tundra, die in den letzten 50 Jahren durch Waldbrände versengt wurde, etwa 29 % häufiger auftraten als in unverbrannten Gebieten. In Gebieten, in denen ein Feuer bis an den Rand eines Sees, Baches oder eines anderen stehenden Gewässers brannte, verdreifachte sich die Korrelation nahezu. Die höchste Rate an Hotspots trat in kürzlich verbrannten Feuchtgebieten auf.

Die Forscher beobachteten die Methan-Hotspots erstmals 2017 mit dem Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS-NG) der nächsten Generation der NASA. Das am Bauch eines Forschungsflugzeugs montierte Instrument verfügt über einen optischen Sensor, der die Wechselwirkung von Sonnenlicht mit Molekülen aufzeichnet in der Nähe der Landoberfläche und in der Luft und wird zur Messung und Überwachung von Gefahren eingesetzt, die von Ölverschmutzungen bis hin zu Pflanzenkrankheiten reichen.

Auf einer Fläche von etwa 11.583 Quadratmeilen (30.000 Quadratkilometer) der arktischen Landschaft wurden etwa 2 Millionen Hot Spots entdeckt – definiert als Gebiete mit einem Überschuss von 3.000 Teilen pro Million Methan zwischen dem Flugzeug und dem Boden. Regional war die Zahl der Hot-Spot-Erkennungen im Yukon-Kuskokwim-Delta bei Untersuchungen im Jahr 2018 ungewöhnlich hoch, aber die Wissenschaftler wussten nicht, was ihre Entstehung verursachte.

Eis und Feuer

Um diese Lücke zu schließen, konzentrierte sich Elizabeth Yoseph, damals Praktikantin bei der ABoVE-Kampagne, auf eine methanaktive Region in einem feuchten und torfigen Gebiet des riesigen Deltas. Yoseph und das Team nutzten die AVIRIS-NG-Daten, um Hotspots auf mehr als 687 Quadratmeilen (1.780 Quadratkilometern) zu lokalisieren, und überlagerten ihre Ergebnisse dann auf historischen Waldbrandkarten.

„Was wir entdeckt haben, ist ein sehr klarer und starker Zusammenhang zwischen der Brandgeschichte und der Verteilung von Methan-Hotspots“, sagte Yoseph, Hauptautor der neuen Studie.

Der Zusammenhang ergibt sich aus dem, was passiert, wenn Feuer in den kohlenstoffreichen gefrorenen Boden – Permafrost – brennt, der unter der Tundra liegt. Permafrost bindet Kohlenstoff aus der Atmosphäre und kann ihn für Zehntausende von Jahren speichern. Aber wenn es in feuchten Gebieten auftaut und zerfällt, ernähren sich blühende Mikroben von diesem alten Kohlenstoff und wandeln ihn in Methangas um. Die gesättigten Böden rund um Seen und Feuchtgebiete sind besonders kohlenstoffreich, da sie große Mengen abgestorbener Vegetation und tierischen Materials enthalten.

„Wenn Feuer in Permafrostboden brennt, kommt es zu katastrophalen Veränderungen an der Landoberfläche, die sich von einem Feuer, das beispielsweise hier in Kalifornien brennt, unterscheiden“, sagte Clayton Elder, Co-Autor und Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, das entwickelt wurde AVIRIS-NG. „Es verwandelt etwas, das eingefroren war, in aufgetaut, und das hat noch lange nach dem Brand kaskadierende Auswirkungen auf dieses Ökosystem.“

Selten, aber zunehmendes Risiko

Aufgrund der kühlen Sümpfe, niedrigen Sträucher und Gräser sind Waldbrände in der Tundra im Vergleich zu denen in anderen Umgebungen, beispielsweise immergrünen Wäldern, relativ selten. Einigen Prognosen zufolge könnte sich die Brandgefahr im Yukon-Kuskokwim-Delta jedoch bis zum Ende des Jahrhunderts aufgrund der Erwärmung und der zunehmenden Gewitter – der Hauptursache für Tundrabrände – vervierfachen. Zwei der größten Tundrabrände aller Zeiten in Alaska ereigneten sich im Jahr 2022 und brannten mehr als 380 Quadratmeilen (100.000 Hektar) hauptsächlich Tundralandschaften nieder.

Weitere Forschung ist erforderlich, um zu verstehen, wie sich eine Zukunft mit zunehmenden Bränden in hohen Breiten auf das globale Klima auswirken könnte. Der arktische Permafrost enthält schätzungsweise 1.700 Milliarden Tonnen Kohlenstoff – etwa das 51-fache der Kohlenstoffmenge, die die Welt im Jahr 2019 als Emissionen fossiler Brennstoffe freigesetzt hat.

All dieser gespeicherte Kohlenstoff bedeutet auch, dass die Kohlenstoffintensität der Feueremissionen aus der brennenden Tundra extrem hoch ist, sagte Co-Autorin Elizabeth Hoy, eine Feuerforscherin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland.

„Tundrabrände treten in abgelegenen und schwer zugänglichen Gebieten auf und können oft nur unzureichend erforscht werden“, bemerkte sie. „Der Einsatz von Satelliten und luftgestützter Fernerkundung ist eine wirklich wirkungsvolle Möglichkeit, diese Phänomene besser zu verstehen.“

Die Wissenschaftler hoffen, weiterhin Methan-Hotspots in ganz Alaska erforschen zu können. Um die Zusammenhänge zwischen Feuer, Eis und Treibhausgasemissionen vor den Toren der Arktis besser zu verstehen, sind bodengestützte Untersuchungen erforderlich.