Wissenschaftler finden neue Indikatoren für das Auftauen des Permafrosts in Alaska

Alaska

Im Landesinneren und im Nordwesten Alaskas gibt es immer mehr Gebiete mit ganzjährig nicht gefrorenem Boden, und die Ausdehnung wird aufgrund des Klimawandels weiter zunehmen, so eine neue Studie von Wissenschaftlern des Geophysikalischen Instituts der University of Alaska Fairbanks.

Die Wissenschaftler erklärten, dass die Ausbreitung von Taliks – Volumina von ungefrorenem Boden innerhalb von Permafrostgebieten – große Auswirkungen auf die Bewegung von Kohlenstoff zwischen Organismen, Mineralien und der Atmosphäre hat. Taliks werden auch die Übertragung von Stoffen wie Nährstoffen im Wasser beeinflussen und die Entwicklung von Thermokarsts, Gebieten mit versunkenem Land, die durch das Auftauen von Permafrost entstehen, verstärken.

Ihre Ergebnisse wurden heute in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.

Louise Farquharson, eine Assistenzprofessorin für Forschung, ist die Autorin der Studie. Vladimir Romanovsky, emeritierter Professor für Geophysik, Alexander Kholodov, wissenschaftlicher Mitarbeiter, und Dmitry Nicolsky, wissenschaftlicher Mitarbeiter, sind Mitautoren. Alle vier arbeiten im Permafrost-Labor des Geophysikalischen Instituts. Romanovsky, Kholodov und Nicolsky sind auch mit Institutionen in Russland verbunden.

“Wir befinden uns in einer Übergangsphase, in der sich Taliks bilden, aber auch wieder auftauen können, wenn wir ein Jahr mit wenig Schnee und sehr kalten Wintertemperaturen oder einen kühlen Sommer haben”, sagte Farquharson. “Nach etwa 2030 werden sich unsere Lufttemperaturen im Sommer und im Winter jedoch so stark erwärmen, dass es unabhängig von der Schneelage zu Talikbildung kommen wird.

“Ich denke, es ist wichtig, dass die Menschen wissen, dass das, was wir bisher bei der Permafrostdegradation zum Beispiel in Fairbanks gesehen haben, kein Dauerzustand ist”, sagte sie. “Die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Permafrostdegradation werden sich wahrscheinlich beschleunigen, wenn die Talikentwicklung wirklich einsetzt.

Taliks können an verschiedenen Stellen 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 Tauwetterereignisse, beispielsweise nach dem Ablassen eines Sees. Sie können auch die gesamte Permafrostsäule durchschneiden, wenn der Permafrost dünn ist, was häufig auf das Vorhandensein von Flüssen oder Seen zurückzuführen ist.

Wenn die Sommer- und Wintertemperaturen steigen und die Tiefe des sommerlichen Tauwetters die Tiefe des winterlichen Gefrierens übersteigt, bilden sich in einem größeren Gebiet Alaskas mehr Taliks.

Zu den Folgen kann zum Beispiel gehören, dass das neue Wasser Material bewegt, das zuvor im gefrorenen Boden eingeschlossen war. Gelöster organischer Kohlenstoff, gelöster Stickstoff und Schadstoffe wie Quecksilber könnten schließlich in Bäche und Flüsse gelangen.

Eine sich ausbreitende Degradation des Permafrostbodens wird auch neue Herausforderungen für den Bau und die Instandhaltung bestehender Gebäude und anderer Infrastrukturen mit sich bringen.

Die Wissenschaftler analysierten Bodentemperaturdaten aus den Jahren 1999 bis 2020, die an Dutzenden von Standorten in Alaska im Rahmen des Überwachungsnetzes des Permafrost Laboratory gesammelt wurden. Anschließend wählten sie 54 dieser Standorte zur Untersuchung aus, die eine Fläche von etwa 116.000 Quadratmeilen umfassen.

Von den 54 Standorten beobachteten die Wissenschaftler im Winter 2017-2018 an 24 Standorten unvollständiges Gefrieren und die frühen Stadien der Talikbildung, während es im Vorjahr nur drei waren.

In der Vergangenheit traten Taliks vor allem an Flüssen und Tauseen sowie in Gebieten auf, die von Waldbränden betroffen waren, die die thermisch schützende Vegetation entfernten und so ein tieferes Auftauen im Sommer ermöglichten. Keiner der vom UAF-Team untersuchten Standorte war durch Störungen wie Oberflächengewässer oder Waldbrände beeinträchtigt worden.

Die Wissenschaftler stellten fest, dass sich die Talbildung im Untersuchungsgebiet 2017-2018 aufgrund höherer Lufttemperaturen und überdurchschnittlicher Schneefälle stark beschleunigte. Aufgrund seiner isolierenden Eigenschaften verlangsamt schwerer Schnee die Wärmeübertragung vom Boden in die Atmosphäre, wodurch sich die Zeit, die der Boden zum Wiederauffrieren benötigt, verlängert und in einigen Fällen ein vollständiges Wiederauffrieren verhindert wird.

Die Modellierung und die Beobachtungen des Forscherteams zeigen, dass die Talbildung an den Untersuchungsstandorten in den 50 bis 60 Jahren vor 2017-2018 nur kurzzeitig auftrat.

Das Team schreibt auch, dass die derzeitigen Bewertungen und Prognosen über das Auftauen des Permafrosts das Ausmaß des Tauwetters unterschätzen, weil sie die Auswirkungen der weit verbreiteten Talikbildung nicht berücksichtigen.

Die Forscher prognostizierten, dass unter dem Szenario hoher Emissionen des International Panel on Climate Change die Talikbildung bis 2030 in bis zu 70 % der diskontinuierlichen Permafrostzone begonnen haben wird, unabhängig von den Schneeverhältnissen. Bis 2090 könnte die Talikdicke in Gebieten mit Schwarzfichtenwäldern und wärmeren Ökosystemen 40 Fuß erreichen.

“Unsere Klimaprognose wird wahrscheinlich dazu führen, dass die Talikbildung ein wichtiger Faktor für den Abbau des Permafrosts in der diskontinuierlichen Permafrostzone und schließlich, wenn sich die Temperaturen weiter erwärmen, auch in der kontinuierlichen Permafrostzone weiter nördlich sein wird”, so Farquharson. “Und das nicht nur in Alaska, sondern auch in anderen arktischen Regionen.”

“Die Talikbildung wird zu einem wirklich wichtigen Mechanismus des Permafrostabbaus werden”, sagte sie.

Die National Science Foundation, das US-Energieministerium und die Staatliche Universität Tomsk in Russland finanzierten die Forschungsarbeiten.

Datum: Juni 7, 2022
Quelle: Universität von Alaska Fairbanks


Journal Reference:

  1. Louise M. Farquharson, Vladimir E. Romanovsky, Alexander Kholodov, Dmitry Nicolsky. Sub-aerial talik formation observed across the discontinuous permafrost zone of AlaskaNature Geoscience, 2022; DOI: 10.1038/s41561-022-00952-z

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