Hitzewellen schmelzen den arktischen Permafrost

In der nördlichsten Region der Erde schmilzt der arktische Permafrost immer schneller. Über mehr als ein Jahrzehnt beobachtete ein internationales Forscherteam der ETH Zürich, der University of Alaska Fairbanks und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt topografische Spuren von Pocken – große Depressionen, die als „retrogressive Tauwettereinbrüche“ bezeichnet werden. Einbrüche treten auf, wenn dauerhaft gefrorene Bodenschichten (eisreicher Permafrost) schmelzen und arktische Hänge anfällig für Erdrutsche werden. Erdrutsche signalisieren die Gefahr einer potenziellen Freisetzung von Kohlenstoff, der seit Zehntausenden von Jahren im Permafrost gespeichert ist.

Gefahr der Freisetzung von organischem Kohlenstoff

Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift European Geosciences Union veröffentlicht Die Kryosphäre, zeigen wesentliche Veränderungen in der Topographie der sibirischen Taymyr-Halbinsel im Norden Russlands. Die Ergebnisse der Studie zeigen einen starken 43-fachen Anstieg der rückläufigen Tauwetter-Absenkungsaktivität und einen 28-fachen Anstieg der Kohlenstoffmobilisierung. Der Anstieg fällt auch mit einer extremen Hitzewelle zusammen, die 2020 in Nordsibirien auftrat und während der Temperaturen 38 Grad Celsius (über 100 Grad Fahrenheit) erreicht haben sollen, Rekordtemperaturen für die Region Arktis.

„Der starke Anstieg der Tauwetteraktivität aufgrund der sibirischen Hitzewelle zeigt, dass die Kohlenstoffmobilisierung aus Permafrostböden abrupt und nichtlinear auf steigende Temperaturen reagieren kann“, sagt der Hauptautor der Veröffentlichung, Philipp Bernhard, Institut für Umwelttechnik, ETH Zürich.

Messung der Veränderungen des arktischen Permafrosts

Anhand von Satellitendaten konnte das Forschungsteam eine neue Methode zur Quantifizierung der Kohlenstoffmobilisierung in Permafrostböden entwickeln. Derzeit gibt es keine andere großräumige Methode, die mit einer so hohen räumlichen und vertikalen Auflösung Veränderungen in Permafrostregionen misst. Diese Methode ermöglicht es Forschern, eine genauere Schätzung des Zustands des Kohlenstoffkreislaufs für das globale Kohlenstoffbudget bereitzustellen.

Aufbauend auf einer früheren Feld- und Flugstudie, die im Mackenzie River Delta in Kanada durchgeführt wurde, sammelten die Forscher Vorstudiendaten, die sie dann zum Vergleichen und Analysieren mit satellitengestützten Daten derselben Region verwendeten. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt betreibt seit 2010 eine innovative Satellitenmission mit Single-Pass-Radar mit synthetischer Apertur, die TanDEM-X-Mission, um dreidimensionale Höhendaten der Erdoberfläche zu sammeln. Zusätzlich zu den Radardaten analysierten die Forscher ab 2015 Daten, die von optischen Sentinel-2-Satelliten stammen, die im Rahmen der Erdbeobachtungsmission der Europäischen Weltraumorganisation, des Copernicus-Programms, mit Schwerpunkt auf der arktischen Landschaft eingesetzt wurden.

Vernachlässigter Teil des arktischen Kohlenstoffkreislaufs

Die Taymyr-Halbinsel in Sibirien ist, wie viele Teile der Arktis, eine abgelegene und fast unzugängliche Region, was wissenschaftliche Feldstudien zu einem schwierigen, wenn nicht unmöglichen Unterfangen macht. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen; sommerliche Hitzewellen und sich erwärmende arktische Regionen stellen jedoch ein erhebliches Umweltrisiko dar, das überwacht werden muss.

Es wird angenommen, dass der arktische Permafrost etwa 1,5 Billionen Tonnen organischen Kohlenstoff enthält, etwa doppelt so viel wie derzeit in der Atmosphäre enthalten ist. Bernhard stimmt zu, dass die mit dieser Art der Kohlenstoffmobilisierung verbundenen potenziellen Risiken „eine wichtige, aber weitgehend übersehene Komponente des arktischen Kohlenstoffkreislaufs“ sind. Das Forschungsteam geht davon aus, dass die Satellitenfernerkundung ein unverzichtbares Werkzeug für die kontinuierliche Überwachung der Kohlenstoffmobilisierung sein wird, die aus dem schmelzenden Permafrost in der Arktis resultiert.