Gefährliche Schmelze

Sogar im Norden der Arktis fängt der Permafrostboden an zu tauen. Die Erderwärmung wird so zusätzlich angeheizt.

Selbst im Norden Sibiriens beginnt teilweise der Permafrost in den Böden zu schmelzen: Schukotka ist eine Region ganz im Osten Russlands. Foto: Yuri Smityuk (Tass)

Selbst im Norden Sibiriens beginnt teilweise der Permafrost in den Böden zu schmelzen: Schukotka ist eine Region ganz im Osten Russlands. Foto: Yuri Smityuk (Tass)

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Sergei Zimow und sein Sohn Nikita haben sich vorgenommen, die sibirische Tundra umzu­graben. Die beiden russischen Ökologen wollen in Ostsibirien, 360 Kilometer nördlich des Polarkreises, am Fluss Kolyma eine Eiszeitlandschaft erschaffen. Eine Kältesteppe so gross wie Liechtenstein, in der Jakuten-Pferde und Rentiere, Elche, Moschusochsen, Bisons und ­Wisente weiden sollen. Bei den Arbeiten für ihren Pleistozän-Park haben sie etwas Ungewöhnliches entdeckt: In 50 Bohrlöchern haben sie Bereiche ge­funden, in denen der arktische Tundraboden selbst im Winter nicht mehr vollständig gefriert.

«Das hat auch uns überrascht», sagt Guido Grosse, Leiter der Permafrostforschung am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Potsdam. «Denn in dieser Region herrschen normalerweise von September bis April Lufttemperaturen von bis zu minus 40 Grad Celsius.» Gegenden, die ganzjährig nicht mehr zufrieren, sind bisher nur vom süd­lichen Rand des Permafrosts ­bekannt – etwa vom Yukon-Delta in Alaska. Die aktuellen Klimamodelle sagen solche Tauprozesse in der nördlichen Arktis erst für die zweite Hälfte des Jahrhunderts voraus.

Abermilliarden Bodenbakterien setzen sehr viele Treibhausgase frei.

Taut also der Permafrost, weltweit immerhin ein gutes Fünftel der Landmasse, schneller als erwartet? Die negativen Folgen wären enorm. Nicht nur, dass in den arktischen Siedlungen Häuser und Strassen sowie die Pipelines der Ölfirmen instabil werden, weil ihr hart gefrorener Untergrund aufweicht. Beim Tauen der Dauerfrost­böden, die viele abgestorbene Pflanzenreste enthalten, werden ausserdem Abermilliarden Bodenbakterien aktiv, welche das organische ­Material zersetzen. Dabei entweichen Treibhausgase wie ­Kohlendioxid und das 25-mal klimaschädlichere Methan. Das könnte die Erderwärmung noch zusätzlich beschleunigen.

Bereits jetzt hat sich die Luft der Arktis um drei bis vier Grad Celsius stärker erwärmt als im Rest der Erde. Dies hängt damit zusammen, dass immer mehr Eis an Land und auf dem Meer schmilzt. Die dunklere Oberfläche reflektiert das Sonnenlicht kaum noch, sondern absorbiert es, was die Erwärmung beschleunigt. Die arktischen Sommer dauern nun einige Wochen länger als noch vor wenigen Jahrzehnten.

Ungewöhnliche Schneehöhe isoliert stark

Nur 18 Kilometer vom Pleistozän-Park entfernt erforscht Mathias Goeckede vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena seit fünf Jahren den Gasaustausch zwischen Permafrostboden und der Luft. Ihm ist aufgefallen, dass sich in dieser Zeit der Boden nahe der Oberfläche um mehrere Grad Celsius erwärmt hat und dass die Schneedecke im Winter dicker wird. Vor vier Jahren habe die Schneehöhe maximal 80 Zentimeter betragen. «Im Winter 2017/18 war es fast doppelt so viel – über 1,50 Meter», sagt der Wissenschaftler. So eine dicke Schneeschicht wirkt isolierend. Sie hält die sommerliche Wärme im Boden und hindert die kalte Winterluft daran, das Erdreich durchzufrieren. Das könnte die Ursache für die Bodenerwärmung im Forschungsareal und bei den Zimows sein. «Es kann sich bei diesen Zahlen allerdings auch nur um eine natürliche Variabilität handeln», gibt der Biogeochemiker zu bedenken. «Wenn das allerdings zum Trend wird, dann ist es ein Alarmzeichen.»

Dass sich der Permafrost­boden auch im sicher geglaubten hohen Norden erwärmt, haben AWI-Wissenschaftler ebenfalls auf einer Forschungsstation auf der Insel Samoilow im sibirischen Lena-Delta in langjährigen Messungen beobachtet. Auf Samoilow, etwa 1000 Kilometer nordwestlich der Arbeitsstätte von Goeckede und 660 Kilometer nördlich des Polarkreises, hat sich der Dauerfrostboden innerhalb der letzten 15 Jahre in etwa 20 Meter Tiefe um 1,3 Grad Celsius erwärmt, in 10 Meter Tiefe um 2,8 Grad Celsius und in 2,75 Meter Tiefe sogar um 5,7 Grad Celsius.

Permafrost taut bis in eine Tiefe von 15 Metern auf

Zwar ist dort nach wie vor alles gefroren, das Eis ist nur weniger kalt als früher. «Doch es zeigt», so Permafrostforscher Grosse, «die Erderwärmung hat auch in dem sehr kalten Untergrund in der Hocharktis einen Effekt, und der oberflächennahe Permafrost wird wohl selbst in dem sicher geglaubten hohen Norden schon in den kommenden Jahren schwinden.»

Noch stärker wirkt sich die Erderwärmung unterhalb der vielen Seen der Arktis aus. In ­Permafrostgebieten mit viel Eis entstehen im Sommer riesige Wasserlandschaften. Denn das Schmelzwasser kann nicht nach unten versickern und sammelt sich deshalb in den Senken der Tundra. Solche Seenlandschaften hat ein amerikanisch-deutsches Wissenschaftlerteam in Alaska anhand von Bodenmessungen, Satellitenaufnahmen und Computersimulationen untersucht.

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Das Resultat: Die Seen vergrössern sich rasch, und der Permafrost unter neuen Seen taut in wenigen Jahrzehnten bis in eine Tiefe von 15 Metern auf. Über die Seen, Tümpel und Teiche dringt sechs- bis zehnmal so viel Sonnenenergie in den Boden ein, weil Wasser Wärme besser in den Untergrund leitet als die trockenen Torfschichten um die Seen herum. Im Erdreich unter den Seen werden dann auch Bodenbakterien aktiv, und der Ausstoss von Treibhausgasen nimmt zu – nach Schätzung der Forscher so stark, «dass sich die Klimawirkung des tauenden Permafrosts durch dieses zusätzliche Kohlendioxid und Methan bis zum Jahr 2050 verdoppeln könnte», sagt Guido Grosse, der mit seinen Kollegen vom AWI an diesem Projekt beteiligt war.

Bislang galt die Arktis, obwohl sich die Luft aufgrund des Klimawandels dort schneller erwärmt als anderswo, als sogenannte Kohlenstoffsenke. Die Pflanzen, die in den Sommermonaten in der Tundra wachsen, verbrauchen durch Fotosynthese mehr Kohlendioxid, als durch die Zersetzung der Bakterien erzeugt wird. Doch das ändert sich gerade, meint Grosse. «Ich schätze, die Arktis steht an der Wende zur Treibhausgas-Quelle.»

Im Fachjournal «Nature Geoscience» unterstrich ein weiteres Forscherteam diese Warnung kürzlich: Der tauende Permafrost setze in den kommenden Jahren so viel Kohlendioxid frei, dass die Klimaziele aus dem Vertrag von Paris akut gefährdet seien, bilanzieren die Wissenschaftler.

Tiere sollen die Schmelze aufhalten

Sergei Zimow und sein Sohn überlegen inzwischen, wie sich in ihrem Pleistozän-Park das Auftauen des Permafrosts verlangsamen liesse. Ihr Plan: Die ersehnten Herden aus grossen Pflanzenfressern sollen die eiszeitliche Kältesteppe wiederherstellen. Die Rentiere, Pferde, Bisons und Elche sollen – so das Kalkül – den Boden festtreten und im Winter die Schneedecke niedertrampeln. Dadurch könnte die Kälte wieder in den Boden eindringen und die Bodenbakterien und somit den Ausstoss von Treibhausgas bremsen, hoffen die Zimows. «Das ist ein wenig eine verrückte Idee», meint AWI-Wissenschaftler Grosse. Wenn überhaupt, dann funktioniere sie nur lokal in der riesigen Arktis.

Erstellt: 23.09.2018, 17:49 Uhr

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An Bord werden verschiedene Forscherteams sein. Sie werden untersuchen, wie sich das Eis im Winter deformiert, im Frühling bricht und im Sommer schmilzt. Die Wissenschaftler möchten mit dem Wissen des saisonalen Verhaltens die Klimamodelle verbessern. Die Arktis ist jene Region, die weltweit am stärksten vom Klimawandel ­betroffen ist.

Die Expedition findet im Rahmen des internationalen Polarprojekts Mosaic statt, bei dem 16 Staaten und mehr als 60 Institute involviert sind. Die Kosten betragen umgerechnet 125 Millionen ­Franken. (lae)

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