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Der arktische Permafrost spielt in der Erderwärmung eine bedeutende Rolle, soweit sind sich Klimawissenschaftler einig. Noch wird allerdings diskutiert, wie groß die Menge an freigesetzten Treibhausgasen durch das Auftauen der Böden sein wird. Deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von der Universität Köln, der Universität Hamburg, dem Helmholtz-Zentrum Potsdam — Deutsches GeoForschungsZentrum und der Universität Potsdam bestimmten in einer aktuellen Studie die Herkunft (organisch oder anorganisch) und die Menge des Kohlendioxids, das aus Jahrtausende altem Yedoma-Permafrost in Nordostsibirien freigesetzt wird. Sie stießen auf bisher nicht berücksichtigte Kohlenstoffvorräte, die die globale Erwärmung anheizen könnten. Die Studie erschien in der Fachzeitschrift Frontiers in Earth Science und ist Teil des deutsch-russischen Verbundprojekts «Kopf – Kohlenstoff im Permafrost».
Die Arktis erwärmt sich durch den globalen Klimawandel in viel stärkerem Maße als andere Regionen, was auch das Auftauen der Permafrostböden zur Folge hat. Besonders stark betroffen ist der sogenannte Yedoma-Permafrost, dessen Sedimente im späten Pleistozän und frühen Holozän in nicht-vergletscherten Gebieten der Arktis abgelagert wurden. Yedoma enthält mit 327 bis 466 Gigatonnen mehr als ein Viertel des in zirkumarktischem Permafrost gespeicherten organischen Kohlenstoffs (1.300 bis 1.600 Gigatonnen) und besteht bis zu 80 Prozent aus Eis. Dieses Grundeis kann sehr abrupt tauen und den Untergrund destabilisieren und einbrechen lassen. Durch solche als Thermokarst bezeichneten Prozesse wird der bislang im gefrorenen Boden gespeicherte Kohlenstoff für Mikroorganismen zugänglich, die ihn abbauen und als Kohlendioxid und Methan freisetzen. Die Treibhausgasfreisetzung verstärkt die globale Erwärmung, was als Permafrost-Kohlenstoff-Rückkopplung bezeichnet wird.
Bisher ist nicht klar, wie gut der alte, seit Jahrtausenden gefrorene Kohlenstoff im Permafrost abbaubar ist. Um das herauszufinden, entnahm das Forschungsteam in dem sibirischen Untersuchungsgebiet am Fluss Lena Kohlendioxidproben. Dazu benutzten sie selbst entwickelte Geräte, in denen Kohlendioxid längere Zeit luftdicht gelagert und transportiert werden kann, damit die Proben sicher ins Forschungslabor gelangen. Die Forscher bestimmten mittels der Radiokohlenstoffmethode das Alter des Kohlendioxids. Zusätzlich analysierten sie die nicht radioaktiven Kohlenstoffisotope. Über beide Parameter wurde dann berechnet, wie viel alter und junger bzw. organischer und anorganischer Kohlenstoff im tauenden Permafrost abgebaut wurde.
Ein großer Anteil des Kohlenstoffs – bis zu 80 Prozent – stammt aus alter organischer Substanz, die vor mehr als 30.000 Jahren in die Sedimente gelangt ist. Das bedeutet, dass die vor Jahrtausenden abgestorbenen Vegetationsreste sehr gut im gefrorenen Sediment „konserviert“ wurden und eine attraktive Nahrungsquelle für die Mikroorganismen im tauenden Permafrost sind.
Zudem stellte das Team erstmalig fest, dass bis zu 18 Prozent des Kohlendioxids aus anorganischen Quellen stammt. «Dass diese bisher nicht beachtete Kohlenstoffquelle einen so hohen Anteil an der Gesamtmenge der freigesetzten Treibhausgase ausmachen, hätten wir nicht erwartet», sagt Jan Melchert, Doktorand am Institut für Geologie und Mineralogie der Universität Köln undErstautor der Studie. Für präzisere Klimavorhersagen wäre es nötig, diese Quelle zu berücksichtigen. In weiteren Studien bleibt allerdings noch zu klären, woher genau der anorganische Kohlenstoff im Yedoma stammt und durch welche Prozesse er freigesetzt wird.
Julia Hager, PolarJournal / Originaltext: Pressemitteilung Universität Köln
Link zur Studie: Jan Olaf Melchert, Philipp Wischhöfer, Christian Knoblauch, Tim Eckhardt, Susanne Liebner, Janet Rethemeyer. Sources of CO2 Produced in Freshly Thawed Pleistocene-Age Yedoma Permafrost. Frontiers in Earth Science, 2022; 9 DOI: 10.3389/feart.2021.737237