Es ist allgemein bekannt, dass das Auftauen von Permafrostböden zur Freisetzung erheblicher Methanmengen führen kann. Neue Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass diese Methanfreisetzung in einigen Gebieten ein Zehntel der durch das Auftauen vorhergesagten Menge betragen könnte. Die Untersuchung wurde in Schweden von einer internationalen Gruppe durchgeführt, der auch Forscher der Universität Kopenhagen angehören. Eine entscheidende, aber offene Frage ist, wie viel Niederschlag die Zukunft bringen wird.
Eine typische Landschaft in Nordschweden. Links ist eine Teichvegetation zu sehen, die durch hohe Wasserstände gesteuert wird, und rechts eine trockenere Tundravegetation, die sich in Gebieten mit niedrigem Wasserstand und im Sommer austrocknenden Böden immer mehr durchsetzt. Neue Studien zeigen, dass in Gebieten, in denen der Permafrost verschwindet, die Freisetzung von Methan aufgrund von Veränderungen der Hydrologie, der Pflanzengemeinschaft und der Zusammensetzung der Mikroorganismen im Boden um den Faktor 10 reduziert werden kann (Foto: Bo Elberling)
Permafrost erstreckt sich wie ein gefrorener Gürtel aus Erde und Sediment um die nördliche arktische und subarktische Tundra der Erde. Wenn der Permafrostboden auftaut, sind Mikroorganismen in der Lage, Tausende von Jahren alte Ansammlungen organischer Stoffe abzubauen. Dieser Prozess setzt eine Reihe von Treibhausgasen frei. Eines der kritischsten Gase ist Methan, das gleiche Gas, das auch von Rindern beim Rülpsen und Furzen freigesetzt wird.
Aus diesem Grund befürchten Wissenschaftler und Behörden seit langem, dass die Methanemissionen aus dem Permafrost im Gleichschritt mit den globalen Temperaturen steigen. Doch mancherorts sind die Methanemissionen geringer als bisher angenommen.
In einer umfassenden neuen Studie haben Forscher der Universität Göteborg, der Ecole Polytechnique in Frankreich und des Zentrums für Permafrost (CENPERM) an der Universität Kopenhagen die Freisetzung von Methan an zwei Orten in Nordschweden gemessen. An einem der Orte verschwand der Permafrost in den 1980er Jahren, an dem anderen 10-15 Jahre später.
Der Unterschied zwischen den beiden Gebieten zeigt, was passieren kann, wenn sich eine Landschaft allmählich an das Fehlen des Permafrosts anpasst. Die Ergebnisse zeigen, dass die Methanemissionen in dem Gebiet, das als erstes seinen Permafrost verloren hat, nun zehnmal geringer sind als an dem anderen Ort. Dies ist auf allmähliche Veränderungen bei der Entwässerung und die Ausbreitung neuer Pflanzenarten zurückzuführen. Die Ergebnisse der Studie wurden kürzlich in der Zeitschrift Global Change Biology veröffentlicht.
“Die Studie hat gezeigt, dass es nicht unbedingt zu einem großen Ausbruch von Methan kommt, wie man es nach einem Tauwetter erwarten könnte. In Gebieten mit sporadischem Permafrost könnte sogar weit weniger Methan freigesetzt werden als erwartet”, sagt Professor Bo Elberling vom CENPERM (Center for Permafrost) an der Fakultät für Geowissenschaften und Management natürlicher Ressourcen der Universität Kopenhagen.
Wasser, Pflanzen und Mikroben spielen alle eine Rolle
Laut Professor Elberling ist die Wasserableitung der Grund dafür, dass weit weniger Methan als erwartet freigesetzt wurde. Wenn die einige Meter tiefen Permafrostschichten zu verschwinden beginnen, beginnt das Wasser im darüber liegenden Boden zu versickern.
“Permafrost verhält sich ähnlich wie der Boden einer Badewanne. Wenn er schmilzt, ist es, als wäre der Stöpsel gezogen worden, und das Wasser kann durch den nun aufgetauten Boden sickern. Durch die Entwässerung können sich neue Pflanzenarten ansiedeln, die besser an trockenere Bodenverhältnisse angepasst sind. Das ist genau das, was wir an diesen Standorten in Schweden beobachten”, erklärt er.
Gräser, die für sehr feuchte Gebiete mit sporadischem Permafrost typisch sind, haben ein strohartiges System entwickelt, das den Sauerstoff von den Stängeln bis zu den Wurzeln transportiert. Diese Strohhalme dienen auch als Kanal, durch den das Methan im Boden schnell an die Oberfläche und anschließend in die Atmosphäre gelangt.
Wenn das Wasser verschwindet, verschwinden auch diese Gräser. Nach und nach werden sie durch neue Pflanzenarten ersetzt, die aufgrund der trockenen Bodenverhältnisse keinen Sauerstoff über ihre Wurzeln von der Oberfläche transportieren müssen. Die Kombination aus mehr Sauerstoff im Boden und verringertem Methantransport bedeutet, dass weniger Methan produziert wird und dass das produzierte Methan im Boden besser in CO2 umgewandelt werden kann.
“Wenn Gräser von neuen Pflanzen wie Zwergsträuchern, Weiden und Birken verdrängt werden, verschwindet der Transportmechanismus, so dass das Methan schnell durch den Boden nach oben und in die Atmosphäre entweichen kann”, erklärt Bo Elberling.
Die Kombination aus trockenem Boden und neuem Pflanzenwachstum schafft auch günstigere Bedingungen für Bodenbakterien, die beim Methanabbau helfen.
“Wenn das Methan nicht mehr durch die Strohhalme entweichen kann, haben die Bodenbakterien mehr Zeit, es abzubauen und in CO2 umzuwandeln”, erklärt Bo Elberling weiter.
Daher kann man sich vorstellen, dass der Prozess, bei dem die Mikroorganismen die Methanemissionen reduzieren, dazu führt, dass mehr CO2 freigesetzt wird. In ihrer Studie konnten die Forscher jedoch keinen signifikanten Anstieg der CO2-Emissionen feststellen. Dies wird als Ergebnis der CO2-Bilanz interpretiert, die stärker von den Pflanzenwurzeln bestimmt wird als von dem CO2, das von den Methan abbauenden Mikroorganismen freigesetzt wird. Entscheidend ist, dass Methan, auch wenn es als CO2 endet, im Zusammenhang mit dem Klimawandel als weniger kritisch angesehen wird, da Methan im Vergleich zu CO2 ein mindestens 25 Mal stärkeres Treibhausgas ist.
Wo ist Permafrost zu finden?
Gebiete mit sporadischem Permafrost bedecken den südlichen Teil der Arktis rund um den Globus, wo die Temperatur normalerweise zwischen minus fünf und null Grad liegt. Das bedeutet, dass ein Temperaturanstieg dazu führen kann, dass der Permafrost vollständig verschwindet.
Künftige Niederschläge werden entscheidend sein
Die größte Unbekannte der Zukunft ist laut Professor Elberling die Höhe der zukünftigen Niederschläge. Denn während auftauender Permafrost in Gebieten mit sporadischem Permafrost die Entwässerung des Bodens erleichtert, können verstärkte Niederschläge oder eine schlechte Entwässerung ein Gebiet vor dem Austrocknen bewahren. Ist Letzteres der Fall, ist nicht mit einer entsprechenden Austrocknung und einem Rückgang der Methanfreisetzung zu rechnen.
“Das Gleichgewicht zwischen Niederschlag und Verdunstung wird für die Freisetzung und Aufnahme von Treibhausgasen entscheidend sein. Die Vorhersage der arktischen Niederschläge ist jedoch mit Unsicherheiten behaftet. In einigen Gebieten nehmen die Niederschläge zu, während sie in anderen Gebieten austrocknen – vor allem im Sommer”, sagt Elberling.
Die Studie konzentriert sich auf Daten von zwei Orten in Nordschweden. Daher ist Professor Elberling vorsichtig mit Schlussfolgerungen, dass sich analoge Bedingungen auch auf andere Gebiete mit ähnlichem Permafrost, etwa in Kanada oder Russland, erstrecken.
Die Studie trägt zu einem neuen Verständnis eines Prozesses bei, der bei der Bewertung künftiger Methanemissionen in Permafrostgebieten berücksichtigt werden muss.
“In seinem jüngsten Bericht über den künftigen Methanhaushalt der Arktis hat der IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) die von uns in der Studie aufgezeigten Bedingungen nicht berücksichtigt. Unsere Studie widerlegt die allgemeine Auffassung, dass aufgetauter Permafrost durchweg mit einer erhöhten Methanfreisetzung in Verbindung gebracht wird”, so Professor Elberling abschließend.
Der Hauptautor Mats Björkman von der Universität Göteborg fügt hinzu:
“Unsere Forschung zeigt, dass die Methanemissionen aus Gebieten, in denen der Permafrost auftaut, nicht überall gleich sind. Die neuen Beobachtungen sind ein wichtiger Bestandteil eines umfassenderen Bildes der Klimaauswirkungen in der Arktis. Unsere Ergebnisse unterstreichen auch, wie wichtig es ist, hydrologische, vegetative und mikrobielle Veränderungen einzubeziehen, wenn die langfristigen Auswirkungen des Auftauens und Verschwindens von Permafrost untersucht werden.”
In Zukunft möchte Mats Björkman herausfinden, welche Gebiete entweder feuchter oder trockener werden und wie sie betroffen sind, wenn der Permafrost auftaut.
Datum: Mai 23, 2022
Quelle: Universität Kopenhagen – Fakultät für Naturwissenschaften
Journal Reference:
- Christoph Keuschnig, Catherine Larose, Mario Rudner, Argus Pesqueda, Stéphane Doleac, Bo Elberling, Robert G. Björk, Leif Klemedtsson, Mats P. Björkman. Reduced methane emissions in former permafrost soils driven by vegetation and microbial changes following drainage. Global Change Biology, 2022; 28 (10): 3411 DOI: 10.1111/gcb.16137