Methan im Permafrost
Besondere Verhältnisse herrschen in den Permafrostböden der hohen Breiten, vor allem der Nordhalbkugel. In Gebieten, in denen die Temperatur über mehrere Jahre unter 0 °C liegt, bildet sich dauerhaft gefrorener Boden, der so genannte Permafrost. In den 30 Jahren ist die Temperatur im Permafrost der Nordhalbkugel um bis zu 2-3° C gestiegen.1 Die Folgen der Erwärmung sind in vielen Gebieten eine Verringerung der räumlichen Ausdehnung der Permafrostgebiete und der Mächtigkeit des dauerhaft gefrorenen Bodens sowie eine Vertiefung des über dem Permafrost liegenden Auftaubodens. Modellprojektionen ergeben je nach Szenario eine Verringerung der Permafrostgebiete der Nordhemisphäre bis 2100 um bis zu 90%. Deren gegenwärtige Ausdehnung wird auf 13-18 Mio. km2 geschätzt. Ein wichtiger Antrieb sind neben der Temperatur die zunehmenden Waldbrände in der Arktis.1
Abb. 1: Verbreitung von Permafrost in der Arktis gegenwärtig und 2100B1
Wenn Permafrost im Sommer oberflächlich auftaut, wird bei der Zersetzung von organischem Material Kohlendioxid gebildet und unter anaeroben Bedingungen, z.B. unter der Wasseroberfläche, Methan (CH4). Beim nächsten Gefrieren werden beide Kohlenstoffverbindungen im gefrorenen Boden gespeichert. Die gesamte im Permafrost der Nordhalbkugel gespeicherte Menge an Kohlenstoff wird auf etwa 1460-1600 Gigatonnen C geschätzt. Allein in der oberen Schicht bis 3 m Tiefe sollen es über 1000 Gigatonnen C sein.1 Das ist mehr, als sich in der Atmosphäre (830 Gt C) und in der gesamten Vegetation der Erde (520 Gt C) befindet.2 Schon heute ist der Permafrost eine Netto-Quelle für Methan (d.h. die Emission übertrifft die Speicherung), während er für CO2 noch eine Senke ist.5 Nach regionalen Messungen zwischen 1970 bis 2000 hat die Kohlenstoff-Emission um 22-66 % zugenommen.6 Dieser Prozess wird sich wahrscheinlich im 21. Jahrhundert fortsetzen, wodurch dann auch die globale Erwärmung verstärkt wird.
Abb. 2: Globale Kohlenstoffspeicher: Atmosphäre, Vegetation, Böden (0-3 m), Permafrost und fossile Brennstoffreserven. Yedoma: eiszeitlicher Permafrost mit hohem Eisgehalt.B2
Nicht alle Veränderungen in heutigen Permafrostgebieten werden allerdings zu einer Verstärkung des Treibhauseffekts führen. Denn auf den aufgetauten Böden werden sich auch neue Pflanzengemeinschaften ansiedeln, die mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen und auch an den Boden weitergeben. Durch diesen Effekt wird die Erwärmung abgeschwächt. Die neue Strauch- und Waldvegetation wird aber regional die Albedo verringern. Dadurch kommt es in der darüber liegenden Atmosphäre zu einer Erwärmung, die nach heutiger Kenntnis die Abkühlungswirkung durch die CO2-Aufnahme übertreffen wird.7 Über den Netto-Effekt von zunehmender Emission von Methan aus Permafrostböden sowie zunehmender CO2-Aufnahme und Verringerung der Albedo durch Pflanzenwachstum besteht noch keine endgültige Klarheit.
Anmerkungen:
1. IPCC (2019): IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 3.4.1.2
2. Strauss, J., L. Schirrmeister, G. Grosse et al. (2017): Deep Yedoma permafrost: A synthesis of depositional characteristics and carbon vulnerability. Earth-Science Reviews, 172, 75-86
3. Bild neu gezeichnet nach U.S. Arctic Research Commission Permafrost Task Force (2003): Climate Change, Permafrost, and Impacts on Civil Infrastructure. Special Report 01-03, U.S. Arctic Research Commission, Arlington, Virginia.
4. Zimov, S.A., E.A.G. Schuur, and F.S. Chapin III (2006): Permafrost and the Global Carbon Budget, Science 312, 1612-1613
5. Anisimov, O. A. (2007): Potential feedback of thawing permafrost to the global climate system through methane emission, Environ Res Lett, 2(4)
6. Christensen T R, Johansson T R, Akerman H J, Mastepanov M, Malmer N, Friborg T, Crill P and Svensson B H (2004): Thawing sub-arctic permafrost: effects on vegetation and methane emissions Geophys. Res. Lett. 31 (4)
7. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group II: Impacts, Adaptation and Vulnerability, 4.4.6
Bildquellen:
B1. Schoolmeester, T., H.L. Gjerdi, J. Crump, et al. (2019): Global Linkages – A graphic look at the changing Arctic. UN Environment and GRID-Arendal, Nairobi and Arendal. www.grida.no; Lizenz: This publication may be reproduced in whole or in part and in any form for educational or non-profit services without special permission from the copyright holder, provided acknowledgement of the source is made.
B2. Strauss, J., Schirrmeister, G. Grosse et al. (2017): Deep Yedoma permafrost: A synthesis of depositional characteristics and carbon vulnerability. Earth-Science Reviews, 172, 75-86; Lizenz: CC BY-NC-SA