Immer mehr Gebiete mit ganzjährig nicht gefrorenem Boden sind im Landesinneren und im Nordwesten Alaskas zu finden und werden aufgrund des Klimawandels weiter zunehmen, so eine neue Studie von Wissenschaftlern des Fairbanks Geophysical Institute der University of Alaska.
Die Wissenschaftler sagten, dass die Ausbreitung von Taliks – Volumen von ungefrorenem Boden innerhalb von Permafrostgebieten – große Auswirkungen auf die Bewegung von Kohlenstoff zwischen Organismen, Mineralien und der Atmosphäre hat. Taliks wird auch den Transfer von Material wie Nährstoffen ins Wasser beeinflussen und die Entwicklung von Thermokarst, Gebieten versunkenen Landes, die durch das Auftauen von Permafrost entstanden sind, fördern.
Ihre Ergebnisse wurden heute in der Zeitschrift veröffentlicht Natur Geowissenschaften.
Louise Farquharson, eine wissenschaftliche Assistenzprofessorin, hat das Papier verfasst. Der emeritierte Geophysik-Professor Vladimir Romanovsky, der wissenschaftliche Assistenzprofessor Alexander Kholodov und der wissenschaftliche außerordentliche Professor Dmitry Nicolsky sind Co-Autoren. Alle vier sind im Permafrost-Labor des Geophysikalischen Instituts. Auch Romanovsky, Kholodov und Nicolsky sind mit Institutionen in Russland verbunden.
„Wir befinden uns in einer Übergangsphase, in der wir häufig Talikbildung sehen, aber auch sehen können, wie sie wieder einfrieren, wenn wir ein Jahr mit wenig Schnee und sehr kalten Wintertemperaturen oder einem kühlen Sommer haben“, sagte Farquharson. „Nach ungefähr 2030 werden sich unsere Lufttemperaturen im Sommer und Winter jedoch so weit erwärmen, dass wir unabhängig vom Schnee eine Talikbildung haben werden.“
„Ich denke, es ist wichtig, dass die Menschen wissen, dass das, was wir bisher zum Beispiel bei der Permafrost-Verschlechterung in Fairbanks gesehen haben, kein stationärer Zustand ist“, sagte sie. „Die Rate und das Ausmaß der Permafrost-Degradation werden sich wahrscheinlich beschleunigen, wenn die Talik-Entwicklung wirklich einsetzt.“
Taliks können an verschiedenen Orten auftreten: zwischen der Oberseite des Permafrosts und der Unterseite der saisonal gefrorenen Schicht, innerhalb des Permafrosts aufgrund von Wasserströmungen und innerhalb des Permafrosts aufgrund früherer Auftauereignisse, z. B. nachdem ein See abgelassen wurde. Sie können auch die gesamte Permafrostsäule durchschneiden, wo der Permafrost dünn ist, oft aufgrund des Vorhandenseins von Flüssen oder Seen.
In einem größeren Gebiet von Alaska werden sich mehr Talks bilden, wenn die Sommer- und Wintertemperaturen steigen und die Tiefe des sommerlichen Bodenauftauens beginnt, die Tiefe des winterlichen Frosts zu übersteigen.
Folgen können beispielsweise die Bewegung von Material durch das neue Wasser sein, das zuvor in gefrorenem Boden eingeschlossen war. Gelöster organischer Kohlenstoff, gelöster Stickstoff und Schadstoffe wie Quecksilber könnten schließlich ihren Weg in Bäche und Flüsse finden.
Eine sich ausbreitende Degradation des Permafrosts wird auch Herausforderungen für den Neubau und die Instandhaltung bestehender Gebäude und anderer Infrastruktur schaffen.
Die Wissenschaftler analysierten Bodentemperaturdaten von 1999 bis 2020, die an Dutzenden von Standorten in Alaska im Überwachungsnetz des Permafrost Laboratory gesammelt wurden. Anschließend wählten sie 54 dieser Standorte für die Untersuchung aus, die eine Fläche von etwa 186.000 Quadratmeilen umfassen.
Von den 54 beobachteten Wissenschaftler im Winter 2017-2018 an 24 Standorten unvollständiges Einfrieren und die frühen Stadien der Talikbildung, gegenüber drei im Vorjahr.
In der Vergangenheit wurden Taliks hauptsächlich mit Flüssen und Tauseen sowie in von Waldbränden betroffenen Gebieten in Verbindung gebracht, die die thermisch schützende Vegetation entfernen und daher ein tieferes Tauwetter im Sommer ermöglichen. Keiner der vom UAF-Team untersuchten Standorte war von Störungen wie Oberflächengewässern oder Waldbränden betroffen.
Die Talik-Bildung im Untersuchungsgebiet beschleunigte sich in den Jahren 2017-2018 aufgrund der höheren Lufttemperatur und des überdurchschnittlichen Schneefalls erheblich, fanden die Wissenschaftler heraus. Aufgrund seiner isolierenden Eigenschaften verlangsamt starker Schnee die Wärmeübertragung vom Boden in die Atmosphäre, wodurch die Zeit verlängert wird, die zum erneuten Gefrieren des Bodens benötigt wird, und in einigen Fällen ein vollständiges erneutes Gefrieren verhindert wird.
Die Modellierung und Beobachtungen des Forschungsteams zeigen, dass die Talikbildung an den Studienstandorten nur kurz in den 50 bis 60 Jahren vor 2017-2018 auftrat.
Das Team schreibt auch, dass aktuelle Einschätzungen und Prognosen zum Auftauen des Permafrosts das Ausmaß des Auftauens unterschätzen, da sie die Auswirkungen der weit verbreiteten Talikbildung nicht berücksichtigen.
Die Forscher prognostizierten, dass nach dem Hochemissionsszenario des International Panel on Climate Change die Talikbildung bis 2030 unabhängig von den Schneeverhältnissen in bis zu 70 % der diskontinuierlichen Permafrostzone begonnen haben wird. Bis 2090 kann die Talikdicke in Gebieten mit Schwarzfichtenwäldern und wärmeren Ökosystemen 40 Fuß erreichen.
„Unsere Klimakurve wird die Talikbildung wahrscheinlich zu einem wichtigen Treiber der Permafrostdegradation in der diskontinuierlichen Permafrostzone und schließlich, wenn die Temperaturen weiter wärmer werden, in der kontinuierlichen Permafrostzone weiter nördlich machen“, sagte Farquharson. „Und das nicht nur in Alaska, sondern auch in anderen arktischen Regionen.“
„Die Bildung von Talik wird zu einem wirklich wichtigen Mechanismus des Permafrostabbaus“, sagte sie.
Louise M. Farquharson et al., Subaerielle Talikbildung, beobachtet über die diskontinuierliche Permafrostzone von Alaska, Natur Geowissenschaften (2022). DOI: 10.1038/s41561-022-00952-z