Schnell schmelzender alpiner Permafrost könnte zum globalen Temperaturanstieg beitragen

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Aus dem uralten Schlamm von Seebetten auf dem tibetischen Plateau in Asien können Wissenschaftler eine Vision von der Zukunft der Erde entschlüsseln. Diese Zukunft, so stellt sich heraus, wird der Warmzeit des mittleren Pliozäns sehr ähnlich sein – einer Epoche vor 3,3 Millionen bis 3 Millionen Jahren, in der die durchschnittliche Lufttemperatur in den mittleren Breiten selten unter den Gefrierpunkt fiel. Es war eine Zeit, in der sich in den nördlichen Polarregionen gerade dauerhaftes Eis zu bilden begann und der alpine Dauerfrostboden in den mittleren Breiten sehr viel begrenzter war als heute.

Der weltweite Permafrostboden enthält heute satte 1.500 Billionen Gramm Kohlenstoff. Das ist doppelt so viel, wie in der Atmosphäre gespeichert ist. Der alpine Permafrost, der näher am Äquator in großen Höhen zu finden ist, ist nicht so gut untersucht wie der arktische Permafrost, enthält aber 85 Billionen Gramm Kohlenstoff. Wenn er schmilzt, kann er Kohlendioxid und Methan freisetzen – Treibhausgase, die die globale Temperatur beeinflussen.

Es wird erwartet, dass der alpine Permafrost unter den gegenwärtigen Bedingungen der globalen Erwärmung schneller schmilzt als der arktische Permafrost, so neue Forschungsergebnisse, die in Nature Communications veröffentlicht wurden, und dies könnte noch stärker zum Anstieg der globalen Temperaturen beitragen.

„Die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre ist heute ähnlich hoch oder vielleicht sogar höher als im mittleren Pliozän, was auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe zurückzuführen ist, so dass die Wissenschaftler diesen Zeitraum als Analogon für unser heutiges und zukünftiges Klima ansehen“, sagte die Mitautorin der Studie, Carmala Garzione, Dekanin des University of Arizona College of Science. „Wir spüren die Auswirkungen des Anstiegs des atmosphärischen Kohlendioxids noch nicht in vollem Umfang, weil unser Erdsystem Zeit braucht, um sich anzupassen.

„Wir wollten die Stabilität des modernen Permafrosts weltweit in einem wärmeren Klimaszenario als heute abschätzen“, sagte Feng Cheng, der Hauptautor der Studie und Professor an der Universität Peking in China. Cheng arbeitete früher als Postdoktorand mit Garzione zusammen. „Unsere Ergebnisse waren sehr überraschend und machen deutlich, dass wir die Stabilität des Permafrosts in den Alpen stärker überwachen müssen“.

Das Team verwendete Karbonat – eine Mineralienfamilie -, das sich in einem See auf dem tibetischen Plateau gebildet hatte, um die Temperaturen während des Pliozäns (vor 5,3 bis 2,6 Millionen Jahren) und des Pleistozäns (vor 2,6 Millionen bis 11.700 Jahren) zu bestimmen. Wenn Algen in Seen wachsen, absorbieren sie Kohlendioxid aus dem Wasser und verringern so den Säuregehalt des Sees. Dieser Rückgang führt dazu, dass der See feinkörnige Karbonatminerale bildet, die sich am Seeboden absetzen. Die Atome in diesem Karbonat spiegeln die Temperatur wider, bei der sich das Karbonat gebildet hat, und können wie ein Zeitreisethermometer verwendet werden.

Das tibetische Plateau, das sich in einer Höhe von mehr als 15.400 Fuß befindet, ist die größte alpine Permafrostregion der Erde. Weitere Permafrostgebiete gibt es auf dem mongolischen Plateau in Zentralasien, in den kanadischen und amerikanischen Rocky Mountains, in den südlichen Ausläufern der Anden und in anderen Gebirgszügen weltweit in Höhenlagen, in denen die Lufttemperatur konstant unter dem Gefrierpunkt liegt.

Das Team modellierte auch das Paläoklima auf der Erde während des Pliozäns. Sie fanden heraus, dass nicht nur die Durchschnittstemperatur in weiten Teilen des tibetischen Plateaus im Pliozän über dem Gefrierpunkt lag, sondern dass dies auch für viele alpine Regionen auf der ganzen Welt galt.

Letztendlich deuten die Modellierungen darauf hin, dass bei den derzeitigen Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre 20 % der arktischen Permafrostflächen und 60 % der alpinen Permafrostflächen in Zukunft verloren gehen werden. Hochalpine Regionen reagieren empfindlicher auf die Erwärmung unter höheren atmosphärischen Kohlendioxid-Bedingungen als arktische Regionen in hohen Breiten.

„Das Pliozän ist eine wichtige Periode, da es ein altes Analogon dafür ist, wie sich die Erde an das Kohlendioxid anpassen wird, das der Mensch bereits in die Atmosphäre abgegeben hat“, sagte Garzione. „Wir brauchen bessere und umfassendere Studien über die Anfälligkeit alpiner Regionen unter globalen Erwärmungsszenarien. Man hat sich sehr auf die Stabilität des arktischen Permafrostes konzentriert, weil er eine größere Landfläche bedeckt und ein riesiges Reservoir an organischem Kohlenstoff enthält, der im Permafrost eingeschlossen ist, aber wir müssen uns auch darüber im Klaren sein, dass die alpinen Regionen proportional mehr Permafrost verlieren werden und für das Verständnis der potenziellen Kohlenstofffreisetzung unter globalen Erwärmungsszenarien wichtig sind.

Datum: März 14, 2022
Quelle: Universität von Arizona


Journal Reference:

  1. Feng Cheng, Carmala Garzione, Xiangzhong Li, Ulrich Salzmann, Florian Schwarz, Alan M. Haywood, Julia Tindall, Junsheng Nie, Lin Li, Lin Wang, Benjamin W. Abbott, Ben Elliott, Weiguo Liu, Deepshikha Upadhyay, Alexandrea Arnold, Aradhna Tripati. Alpine permafrost could account for a quarter of thawed carbon based on Plio-Pleistocene paleoclimate analogueNature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-29011-2