Auftauender Permafrost: Es ist kompliziert – YubaNet

Eine der vielen schwerwiegenden Folgen der Klimakrise ist, dass der kostbare Permafrost schmilzt, noch mehr Kohlenstoff in die Atmosphäre freisetzt und den Klimawandel weiter verschlimmert. Es ist jedoch kompliziert. Zum Beispiel kann Permafrost manchmal schnell auftauen, und Wissenschaftler sind sich nicht sicher, warum oder was dieses abrupte Auftauen in Bezug auf Rückkopplungsschleifen bedeutet. Daher ist es schwierig, die zukünftigen Auswirkungen auf das Klima vorherzusagen. Dank einer Initiative von ESA und NASA vertiefen neue Forschungsergebnisse das Verständnis der Komplexität des Auftauens von Permafrost und der Frage, wie Kohlenstoff im Laufe der Zeit freigesetzt wird.

Permafrost ist gefrorener Boden, Gestein oder Sediment – ​​manchmal hunderte Meter dick. Um als Permafrost klassifiziert zu werden, muss der Boden seit mindestens zwei Jahren gefroren sein, aber ein Großteil des Untergrunds in den Polarregionen ist seit der Eiszeit gefroren geblieben. Permafrost enthält auf Kohlenstoff basierende Überreste von Pflanzen und Tieren, die gefroren sind, bevor die Zersetzung einsetzen konnte.

Der größte Teil des Permafrosts der Erde befindet sich auf der Nordhalbkugel – der arktische Permafrost speichert fast 1,7 Billionen Tonnen Kohlenstoff.

Die folgende Animation zeigt, wie sich die Ausdehnung des Permafrosts in der Arktis zwischen 1997 und 2019 verändert hat.

Permafrost spielt eine entscheidende Rolle, um zu verhindern, dass unser Planet seine Kühle verliert, aber steigende globale Temperaturen, besonders deutlich in der Arktis, führen dazu, dass der Untergrund auftaut und seit langem vorhandener Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Das Bild unten zeigt, wie sich der Untergrund erwärmt und möglicherweise den Permafrost auftaut.

Hervorhebung der Bedeutung von Permafrost im Klimasystem, die Zeitschrift Die Natur überprüft Erde und Umwelt präsentierte kürzlich eine Vielzahl von Forschungsarbeiten in a besondere Sammlung das die physikalischen, biogeochemischen und ökosystemaren Veränderungen im Zusammenhang mit dem Auftauen von Permafrost und den damit verbundenen Auswirkungen untersucht.

Einer der Artikel in der Sammlung basiert auf Forschungsarbeiten des ESA-NASA Arctic Methane and Permafrost Challenge.

das Papier beschreibt, wie europäische und amerikanische Wissenschaftler zusammenarbeiten, um die Kohlenstoffdynamik von Permafrost besser zu verfolgen. Dazu gehört ein besseres Verständnis der Mechanismen, die zu abruptem Auftauen führen, durch die Verwendung wichtiger Beobachtungen der Kohlenstofffreisetzung und die Entwicklung von Modellen zur Vorhersage der Permafrost-Kohlenstoff-Rückkopplung.

Das Bild unten zeigt die in den oberen 2 m des Permafrostbodens gespeicherte Kohlenstoffmenge.

Plötzliches Auftauen und Thermokarst, ein schneller Prozess des Permafrostabbaus, der jedoch je nach lokalen Bedingungen stark variiert, können sehr schnell, sogar innerhalb von Tagen, erhebliche Mengen an Kohlenstoff in die Atmosphäre freisetzen. Diese Prozesse riskieren die Mobilisierung von tief vererbtem Kohlenstoff, der im Yedoma gespeichert ist. Yedoma ist eine Art Permafrost, der sich vor 1,8 Millionen bis 10.000 Jahren gebildet hat und besonders reich an organischem Material ist, also eine wichtige Quelle für atmosphärisches Methan.

Immer häufigere Waldbrände in der Arktis werden auch zu einem spürbaren und unvorhersehbaren Kohlenstofffluss führen.

Die Hauptautorin des Papiers, Kimberley Miner vom Jet Propulsion Laboratory der NASA, sagte: „Die traditionelle Ansicht über das Auftauen von Permafrost ist, dass es sich um einen allmählichen Prozess handelt, der langsam Schichten freilegt. Ein plötzliches Tauwetter legt alte Permafrostschichten viel schneller frei.

„Skalierung ist eine echte Herausforderung, aber unsere Forschung konzentriert sich auf das Verständnis von Kohlenstoffemissionen auf verschiedenen Zeitskalen – von der Freisetzung von Mikroben am Boden bis zur Dynamik von Waldbränden in der Tundra. .

„In ähnlicher Weise müssen wir Beobachtungsmethoden in verschiedenen Maßstäben verwenden, von der Feldforschung vor Ort bis hin zu Satellitenbeobachtungen, um die Zeitskalen des Auftauens widerzuspiegeln. Nur mit Daten, die sich über Tage, Jahre oder Jahrzehnte erstrecken, können wir Unsicherheiten in unserem Verständnis darüber, was schnelles Auftauen auslösen kann, erheblich reduzieren , Emissionsraten vorherzusagen und sich ein besseres Bild von den beteiligten Rückkopplungszyklen zu machen.

Das Papier hebt nicht nur die Gefahren des schnellen Auftauens von Permafrost hervor, sondern fordert auch eine detailliertere Überwachung durch In-situ-, Luft- und Satellitenbeobachtungen, um die zukünftige Rolle der Arktis als Kohlenstoffquelle oder -senke und die daraus resultierenden Auswirkungen besser zu verstehen Erdsystem.

Charles Miller, ebenfalls vom JPL, sagte: „Unser Verständnis von Permafrost entwickelt sich natürlich ständig weiter. Permafrost kann nicht direkt aus dem Weltraum beobachtet werden, wir müssen verschiedene Messungen wie Landoberflächentemperatur und Bodenfeuchte kombinieren, um uns ein Bild von der Veränderung zu machen. Und dank Satelliten haben wir Aufzeichnungen, die mehr als 20 Jahre zurückreichen und die Veränderungen in den Permafrostböden der nördlichen Hemisphäre detailliert beschreiben – und das ist für die Verbesserung von Klimamodellen unerlässlich.

“Wir freuen uns jedoch auf zukünftige In-situ-Messungen und zukünftige Satellitensysteme, um uns weitere Informationen zu liefern.”

Diego Fernandez von der ESA fügte hinzu: „Durch Missionen wie SMOS und Copernicus Sentinel-5P der ESA erweisen sich Forschungsarbeiten, die im Rahmen der ESA-NASA Arctic Methane and Permafrost Challenge im Rahmen des FutureEO-Programms der ESA und der ESA-Klimawandelinitiative durchgeführt wurden, einmal mehr als wesentlich für ein besseres Verständnis die Auswirkungen des Klimawandels auf die empfindliche arktische Umwelt und wie diese Veränderungen wiederum die Klimakrise verschärfen.

„Durch die Arctic Methane and Permafrost Challenge wollen ESA und NASA eine starke wissenschaftliche Zusammenarbeit auf beiden Seiten des Atlantiks unterstützen, um gemeinsam wissenschaftliche und gesellschaftliche Probleme im Zusammenhang mit dem Auftauen von Permafrost anzugehen.“

Zukünftige Missionen wie die deutsch-französische MERLIN, die 2027 starten soll, nutzen Lasertechnologie und versprechen, dem arktischen Beobachtungssystem wertvolle Methandaten hinzuzufügen.

Darüber hinaus wird die Copernicus Carbon Monitoring-Mission, deren Start für 2025 geplant ist, hochfrequente Daten liefern, um die Kohlenstoffemissionen aus schmelzendem Permafrost besser überwachen zu können.

Vorbereitende Arbeiten sind auch unerlässlich, um zu verstehen, wie Treibhausgase von der Arktis emittiert werden. Beispielsweise beteiligte sich die ESA im vergangenen Jahr an a Internationale Forschungskampagne mit Sitz in Schweden. Die Multi-Instrument-Kampagne zur Überwachung der atmosphärischen Zusammensetzung und der Treibhausgase umfasste den Start von Ballons in die Stratosphäre, das Fliegen von Instrumenten in Flugzeugen und das Durchführen von Messungen am Boden, um Quellen und Senken von Klimagasen in Skandinavien aufzuzeichnen.

Ähnliche Aktivitäten werden im Sommer 2022 im Rahmen von in der nordamerikanischen Arktis fortgesetzt Boreal Arctic Vulnerability Experiment und das Kohlendioxid- und Methan-Mission. Diese beiden luftgestützten Kampagnen werden von der NASA bzw. dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt durchgeführt.