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Permafrost thaw – decadal responses to climate change

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Permafrost taut durch Klimawandel: Wie wirkt sich das auf Ökosysteme der Arktis aus?

Durch den Klimawandel verändern sich die Polarregionen und der Alpenraum rapide. Am auffälligsten sind die tauenden Permafrostböden, die sich auf die Treibhausgasemissionen und die lokalen Ökosysteme auswirken.

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Permafrostböden enthalten doppelt so viel Kohlenstoff (C) wie die heutige Atmosphäre und 50 % des Gesamtkohlenstoffhaushalts der Erde. Aufgrund der aktuellen klimatischen Veränderungen sind diese Böden erhöhten Temperaturen ausgesetzt, sodass sich der Permafrost ungebremst abbaut und die Ökosysteme ihre Funktionen ändern. Durch das Auftauen wird organische Materie freigesetzt, die seit Jahrhunderten in den gefrorenen Böden gespeichert gewesen war. Nachdem Mikroorganismen diese organische Materie zersetzt haben, wird sie als Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas in die Atmosphäre abgegeben, was wiederum Folgen für das Klimasystem hat. Ändern sich der Typ und die Funktion eines Ökosystems, kann das noch mehr Auswirkungen auf diese Strömungen haben. Ein wärmer werdendes Klima führt zu dramatischen Veränderungen im Stickstoff- und Kohlenstoffhaushalt in der Arktis und Ökosystemen in großen Höhen. Die meisten Untersuchungen zu Folgen des Klimawandels auf arktische Ökosysteme beschäftigten sich bisher mit den Auswirkungen des tauenden Permafrosts und dem direkt darauf folgenden Zeitraum.

Methanverbrauch steigt an

Das mithilfe der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützte EU-finanzierte Projekt PERMTHAW konnte an dieser wissenschaftlichen Leerstelle arbeiten und untersuchte, wie sich Ökosysteme nach dem Permafrost neu aufbauen und wie sich prognostizierte Klimaveränderungen in den nächsten Jahrzehnten auf diese Böden auswirken werden. „Um wissen zu können, was passieren wird, müssen wir erst einmal grundlegend verstehen, wie diese Ökosysteme in Zukunft reagieren könnten“, sagt Projektkoordinator Mats Björkman. Das Forscherteam untersuchte, wie sich der Kohlenstoff- und der Stickstoffkreislauf nach dem Abtauen verändern. „Wir haben einen natürlichen Temperaturgradienten eines Permafrostbodens im subarktischen Teil Schwedens genutzt und konnten daran die langfristigen Veränderungen nach dem Permafrostabbau untersuchen“, erklärt Björkman. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entdeckten dabei eine andere Reaktion als normalerweise für die Arktis angenommen wird: eine Erhöhung des Methanverbrauchs in den oberen Bodenschichten. „Nachdem ein Post-Permafrostsystem entstanden ist, wächst die Zahl methanabbauender (methanotropher) Mikroben und die Bodenschicht an der Oberfläche trocknet aus. Das heißt, das Ökosystem hat sich aus einer Methanquelle für die Atmosphäre zu einer aktiven Methansenke entwickelt“, so Björkman.

Ein verändertes Ökosystem

Im Ergebnis verändern sich Vegetationsmuster so, dass beispielsweise vermehrt Stauden und Büsche wachsen und mikrobielle Gemeinschaften sich umstrukturieren, bis sich schließlich auch die Kohlenstoff- und Nährstoffströme in diesen Ökosystemen verändern. Eine der stärksten Veränderungen liegt im Tauen der Permafrostböden. In Kombination mit den Veränderungen am Ökosystem werden so Kultur und Lebensgrundlage der Bewohner dieser Gebiete gestört und ihre Lebensweise bedroht, wie beispielsweise die der Samen, die von der Rentierwirtschaft leben. PERMTHAW zeigt, dass ein Ökosystem nach dem Tauen der Permafrostböden viele verschiedene Richtungen einschlagen könnte. „Wissenschaft und Medien stellen normalerweise den erschreckenden Anstieg von Kohlenstoff (in Form von CH4- und CO2-Emissionen) in den Mittelpunkt, den viele Regionen erleiden werden. Aber es gab eben bisher weniger Untersuchungen in Regionen, die sich eher zu Nettosenken für diese Treibhausgase entwickeln werden“, beobachtet Björkman. Darum wird das Projekt den Wissensstand über Veränderungen der arktischen und subarktischen Landschaft in einem zukünftigen Klima erweitern und es somit den Gesellschaften im hohen Norden ermöglichen, sich besser an die anstehenden Veränderungen anzupassen.

Schlüsselbegriffe

PERMTHAW, Ökosystem, Permafrost, Boden, Methan (CH4), Arktis, Kohlenstoff (C), methanotroph, Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N)

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4 Dezember 2020