Die Arktis erwärmt sich in einem beispiellosen Tempo
Tief unter der weitläufigen Tundra vollzieht sich ein stiller, aber gewaltiger Wandel. Boden, der seit Jahrtausenden dauerhaft gefroren war, beginnt sich langsam aufzulösen und öffnet dabei uralte Kohlenstoffspeicher. Diese jahrtausendealten organischen Stoffe, lange im Eis eingeschlossen, gelangen nun in großem Maßstab in neu entstehende Gewässer. Klimaforscher schlagen Alarm, denn dieser unscheinbare Prozess könnte bald zu einem der mächtigsten verborgenen Treiber der globalen Erwärmung werden.
Die Temperaturen in den nördlichen Polarregionen steigen weit steiler an als im Rest der Welt. Aktuelle Messungen zeigen, dass die Erwärmung dort drei- bis viermal schneller voranschreitet als im globalen Durchschnitt. Dieser dramatische Temperaturanstieg trifft vor allem den Permafrost — jene besondere Bodenschicht, die mindestens zwei aufeinanderfolgende Jahre gefroren bleibt, in vielen Gebieten jedoch seit Jahrtausenden nicht aufgetaut ist.
Dauerhaft gefrorener Boden besteht nicht nur aus Gestein und festen Eiskristallen. Er ist buchstäblich vollgepackt mit riesigen Mengen gefrorener Pflanzenreste, verwobener Wurzeln und anderem biologischen Material. Man kann es sich wie einen gigantischen Gefrierschrank vorstellen, prall gefüllt mit abgestorbener Natur, der ungeheure Kohlenstoffmengen bewahrt. Sobald dieser natürliche Tiefkühlschrank aufbricht, gerät das biologische Material in Kontakt mit fließendem Wasser, frischer Luft und hungrigen Bakterien.
Das Tauen verursacht ein ständiges Einsinken des Geländes. Es entstehen tiefe Mulden und Risse, die sich rasch mit Wasser füllen. Diese neu gebildeten Gewässer, fachsprachlich Thermokarst-Seen genannt, dehnen sich häufig aggressiv in die umliegende Landschaft aus und verschlucken weitere einstürzende Permafrostblöcke.
Wegweisende Forschung im Herzen Sibiriens
Ein internationales Expertenteam begab sich jüngst nach Zentraljakutien in Ostsibirien. Die Wahl fiel auf ein Gebiet, in dem die Permafrostschicht besonders mächtig ist und die Landschaftsveränderungen buchstäblich vor aller Augen ablaufen. Im Rahmen des spezialisierten Projekts PRISMARCTYC versuchten die Wissenschaftler genau zu kartieren, wie viel Kohlenstoff aus dem tauenden Boden in die dortigen Seen entweicht und welches Schicksal ihn dort erwartet.
Während der Feldarbeit verglichen sie mehrere unterschiedliche Gewässertypen:
- Junge Thermokarst-Seen, die vor weniger als fünfzig Jahren entstanden.
- Uralte Seen, die bereits seit mehreren Jahrtausenden existieren.
- Ältere Seen mit frisch eingestürzten Ufern, wo das Zurückweichen des Permafrosts jüngst Erdrutsche ausgelöst hatte.
An all diesen Standorten entnahmen die Forscher Proben, um sowohl gelösten organischen Kohlenstoff als auch mikroskopisch kleine feste Partikel organischer Substanz zu untersuchen. Mithilfe fortschrittlicher chemischer und isotopischer Analysen konnten sie den genauen Ursprung des gefundenen Kohlenstoffs zurückverfolgen — ob er aus dem prähistorischen Taupermafrost stammte oder erst direkt im Wasser entstanden war, etwa durch biologische Aktivität lokaler Algen.
Junge Seen weisen extreme Kohlenstoffkonzentrationen auf
Die gewonnenen Daten lieferten schier verblüffende Ergebnisse. In den jüngsten Seen sowie in jenen mit frisch abgebrochenen Ufern entdeckten die Forscher Konzentrationen an gelöstem organischen Kohlenstoff von mehreren hundert Milligramm pro Liter. Für natürliche Gewässer sind solche Werte absolut ungewöhnlich und extrem hoch.
Die detaillierten Analysen ergaben, dass bis zu drei Viertel dieses gelösten Kohlenstoffs direkt aus dem schwindenden Permafrost stammen. Das molekulare Profil und der Isotopenabdruck verraten eindeutig, dass Reste von Pflanzen ins Wasser gelangen, die Hunderte bis Tausende von Jahren im Eis lagen.
Bei den festen Partikeln zeigte sich jedoch eine völlig andere Geschichte. Die überwältigende Mehrheit der im Wasser schwebenden organischen Substanz entsteht lokal. Verschiedene Algenarten, Mikroben und andere Kleinstlebewesen synthetisieren diesen Kohlenstoff selbst mithilfe von Sonnenlicht und den im Wasser verfügbaren Nährstoffen. Der Eintrag fester Partikel aus den zerfallenden Ufern ist überraschenderweise weit geringer als die interne Produktion des Seenökosystems selbst.
Nicht der gesamte Kohlenstoff wird sofort zu Gas
Die entscheidende Frage für Klimamodellierer klingt zunächst recht simpel: Wie viel von diesem freigesetzten Kohlenstoff verwandelt sich in gefährliche Treibhausgase? Gewöhnliche Wasserorganismen zersetzen organische Substanz und produzieren dabei Kohlendioxid (CO₂) sowie Methan (CH₄). Vor allem Methan stellt ein enormes Risiko dar, da es die Atmosphäre kurzfristig weit aggressiver aufheizt als CO₂.
Die neuen Felddaten bestätigen zwar, dass ein gewisser Anteil des gelösten Kohlenstoffs tatsächlich in Form von Gasen in die Luft entweicht und die Seenoberflächen damit wie natürliche Schornsteine wirken, die uralten Kohlenstoff zurück in die Atmosphäre blasen. Dabei stieß man jedoch auf ein höchst überraschendes Phänomen.
Ein beträchtlicher Teil des alten Kohlenstoffs verflüchtigt sich nämlich nicht auf Anhieb. Ein bedeutender Anteil bleibt stabil im Wasser gelöst, ein weiterer Teil sinkt auf den Seegrund, wo er langfristig in tiefen Schichten dunklen Schlamms und Sediments begraben wird.
Das Auftauen des Permafrosts löst also eher eine komplexe Umverteilung des uralten Kohlenstoffs zwischen Luft, Wasser und Ablagerungen aus, als dass es zu einer einfachen und vollständigen Umwandlung in Treibhausgase käme. Das Ökosystem der arktischen Seen birgt nicht nur eine massive Emissionsquelle, sondern fungiert auch als vorübergehender biologischer Speicher. Wie lange das Material dort eingeschlossen bleibt, hängt vor allem von der weiteren Temperaturentwicklung, dem Sauerstoffgehalt und den künftigen Veränderungen der nordischen Landschaft ab.
Warum diese Erkenntnisse für Klimamodelle entscheidend sind
Gängige globale Klimasimulationen konzentrierten sich lange vorrangig auf Wälder, Ozeane und ausgedehnte Landwirtschaftsflächen. Thermokarst-Seen wurden entweder nicht angemessen berücksichtigt oder fehlten in den Gesamtberechnungen vollständig. Die neuen Erkenntnisse belegen jedoch eindeutig, dass diese nordischen Gewässer im globalen Kohlenstoffkreislauf eine eigene und äußerst komplexe Rolle spielen.
Die aktuelle Studie deckt eine ganze Reihe grundlegender Tatsachen auf:
- Neue Seen und Orte mit Ufererosion sind enormen Kohlenstoffschüben ausgesetzt.
- Das Verhältnis zwischen festem und gelöstem Kohlenstoff unterscheidet sich von See zu See dramatisch.
- Die Herkunft des biologischen Materials variiert stark, je nachdem um welche Form von Kohlenstoff es sich handelt.
- Riesige Mengen uralten Kohlenstoffs werden überhaupt nicht zu Methan oder CO₂, sondern verbleiben dauerhaft im Seegrund.
Für die Entwickler komplexer mathematischer Modelle bedeutet dies eine klare Aufgabe: Sie müssen die enorme Variabilität in ihre Berechnungen einbeziehen. Es gibt schlicht keinen universellen arktischen See, auf den sich einfache Regeln anwenden ließen. Eine sorgfältige Berücksichtigung der vielfältigen Typen und Entwicklungsphasen ist unerlässlich. Auch der Zeitrahmen spielt eine entscheidende Rolle, denn ein frisch überflutetes Gebiet reagiert naturgemäß völlig anders als ein Gewässer, das seit Jahrhunderten stabil existiert und erst in jüngster Zeit gestört wurde.
Was genau steckt im arktischen Permafrost?
Häufig stellen wir uns Permafrost fälschlicherweise als eine durchgehende Eisschicht an der Oberfläche vor. Tatsächlich handelt es sich um den Boden selbst, der dauerhaft tief durchgefroren ist. Seine Zusammensetzung ist äußerst vielschichtig und umfasst:
- Zerbrochenes Gestein und verschiedene mineralische Bestandteile.
- Verborgene Eislinsen und massive Eiskerne.
- In der Zeit eingefrorene Torfschichten.
- Reste uralter Vegetation, verworrene Wurzeln und gelegentlich prähistorische Tierreste.
An zahllosen Stellen erreichen diese Eismassen eine Mächtigkeit von Dutzenden Metern. Wenn sie allmählich auftauen, verlieren sie drastisch an Volumen und die gesamte Landschaft sackt sichtbar ein. Als Folge reißen Gebäude unerwartet auf, wertvolle Infrastruktur bricht zusammen, Bäume neigen sich in alle Richtungen und in flachen Senken entstehen bislang unbekannte Seen.
Die Bedrohung durch einen sich beschleunigenden Teufelskreis
Die größte Sorge der Fachleute gilt der sogenannten positiven Rückkopplung. Steigende Temperaturen beschleunigen das Tauen, was wiederum in rasantem Tempo Methan und CO₂ freisetzt — was die weitere unerwünschte Erwärmung des Planeten logischerweise noch weiter antreibt. Thermokarst-Seen stellen in diesem gefährlichen Kreislauf ein absolut kritisches Element dar.
Die neue Erkenntnis, dass ein Teil des heimtückischen Kohlenstoffs zumindest vorübergehend sicher in den Seesedimenten ruhen kann, dämpft diese Bedrohung glücklicherweise ein wenig. Das Gesamttempo, mit dem das gesamte uralte biologische Material auf einmal in die Erdatmosphäre gelangt, wird dadurch verlangsamt. Die im Eis verborgenen Gesamtvorräte sind jedoch so gigantisch, dass selbst ein teilweises und langsames Entweichen schon bald spürbare globale Auswirkungen haben kann.
Folgen, mit denen wir in den kommenden Jahrzehnten konfrontiert sein werden
Auf den ersten Blick mag es scheinen, als liege die sibirische Tundra zu weit von uns entfernt, um ihr Auftauen ernsthaft beunruhigen zu müssen. Dennoch beeinflussen die dort gerade ablaufenden Umweltprozesse intensiv Phänomene, die wir auch in Europa am eigenen Leib spüren. Sie wirken sich nachteilig auf den Anstieg der Weltmeere aus und lösen direkt extreme Wetterereignisse aus, an die wir uns wohl oder übel gewöhnen müssen.
Ein schnelleres und massiveres Entweichen arktischer Treibhausgase kann das Abschmelzen der Polareiskappen und die unumkehrbare Erwärmung gewaltiger Ozeanmassen erheblich vorantreiben. Dies spiegelt sich dann kettenartig in unerwarteten Zugbahnen verheerender Stürme, länger anhaltenden Hitzewellen und völlig unberechenbaren Niederschlägen wider. Wegen dieser starken natürlichen Emissionen schrumpft das globale Kohlenstoffbudget radikal und schnell, was die ernsthafte Einhaltung der in der Pariser Klimavereinbarung verankerten internationalen Klimaziele extrem erschwert.
Für die wissenschaftliche Gemeinschaft stellt das tauende Sibirien ein faszinierendes und weitläufiges Naturlabor dar. Durch detaillierte und langfristige Beobachtung lokaler Veränderungen ermitteln Experten präzise, wie empfindlich der alte Kohlenstoff auf jede kleinste Erwärmung reagiert. Dieses wertvolle Wissen ermöglicht es anschließend, weit besser zu berechnen, wie viel realer Spielraum uns Menschen noch für Emissionen aus Industrie, Verkehr und Landwirtschaft bleibt.
Die jüngste Forschung liefert damit eine unmissverständliche Botschaft: Jede politische und persönliche Maßnahme, die heute die globale Erwärmung wirksam bremst, reduziert direkt und sofort die Geschwindigkeit, mit der diese uralten Kohlenstoffspeicher unwiederbringlich aufgebrochen werden.
