Treibhausgasemissionen aus dem Eis Anhänglicher Kohlenstoff im Permafrostboden

Im Permafrostboden der Arktis ist eine große Menge an organischem Material gespeichert. Taut der Boden, würde es von Mikroorganismen zu Treibhausgasen umgesetzt werden, die den Klimawandel weiter vorantreiben. Forscher haben nun aber gezeigt, dass ein Teil des Kohlenstoffes fest an mineralische Partikel gebunden und der Umsetzung durch Mikroben so gar nicht zur Verfügung steht.

Die Arktis erwärmt sich dramatisch schnell im Vergleich zu anderen Teilen der Erde. Ein großer Teil von ihr ist von Permafrostboden bedeckt und enthält große Mengen an Kohlenstoff, fast doppelt so viel wie die Atmosphäre. Dieser Kohlenstoff stammt von Pflanzen, die über Jahrtausende gewachsen sind, im Boden zersetzt und „eingefroren“ wurden. Aufgrund stark steigender Temperaturen in der Arktis taut dieser gigantische Gefrierschrank immer stärker und schneller auf. Der darin gespeicherte, alte Kohlenstoff kann nun von Mikroorganismen abgebaut werden, wodurch Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre freigesetzt wird. Diese Treibhausgase beschleunigen die Klimaerwärmung.

Klimawandel

Tauender Permafrost: Tickende Zeitbombe oder harmlos?

Je wärmer es wird, desto mehr Treibhausgase werden wiederum aus Permafrostböden freigesetzt, sodass sich die Temperaturen weiter erhöhen und die Permafrostböden noch schneller tauen. „Es besteht somit eine Rückkopplung von Kohlenstoff im Permafrost mit dem Klima, deren Stärke vor allem von denjenigen Faktoren abhängt, die den mikrobiellen Abbau beeinflussen“, sagt Professorin Dr. Janet Rethemeyer vom Institut für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln. Sie hat gemeinsam mit und Dr. Jannik Martens und ihrem Team die Freisetzung von Treibhausgasen aus Permafrostablagerungen untersucht.

Bildergalerie

Gebundener Kohlenstoff im Permafrostboden

Gemeinsam mit Wissenschaftler der Universität Tübingen, der Technischen Universität München und des Alfred-Wegener-Instituts in Potsdam haben die Forscher Permafrostkerne aus der sibirischen Arktis analysiert. Die Kerne stammen aus sehr eisreichen, feinkörnigen Sedimenten – ähnlich wie Löss in unseren Breiten – die in der letzten Eiszeit in großen Bereichen von Sibirien und Alaska abgelagert wurden. Die bis zu zwölf Meter langen Bohrkerne umfassen Sedimente, die sich über einen Zeitraum von bis zu 55.000 Jahren abgelagert haben.

Wie die Analysen der Permafrostkerne zeigen, ist ein erheblicher Teil (25 bis 35 Prozent) des Kohlenstoffs mit den mineralischen Bodenpartikeln verbunden und somit schwerer zugänglich für Mikroorganismen. „Vorhersagen zu den Wechselwirkungen zwischen den tauenden Permafrostböden und dem Klima sind sehr kompliziert, da die mikrobielle Abbaubarkeit des Materials in den Permafrostkernen im Zeitverlauf der letzten 55.000 Jahre stark variiert. Dies liegt an den unterschiedlichen Klimabedingungen während dieses langen Ablagerungszeitraums“, erläutert Forschungsleiterin Rethemeyer.

Verlässlichere Prognosen erstellen

Wärmere und feuchtere Bedingungen bewirkten eine schlechtere Bindung des Kohlenstoffs an die Mineralpartikel, während ein kälteres und trockeneres Klima zu einer stärkeren Bindung, vor allem an Eisenoxide, führte. Dadurch sind die Abbauraten des alten Pflanzenmaterials geringer, wie Professor Dr. Michael Bonkowski vom Institut für Zoologie, Abteilung Terrestrische Ökologie der Uni Köln in Laborversuchen gezeigt hat.

„Diese neuen Erkenntnisse können wesentlich dazu beitragen, Computermodelle für die Prognose von Treibhausgasemissionen aus tauendem Permafrost verlässlicher zu machen“, sagt Rethemeyers Kollege Martens, der aktuell an der Columbia University in New York forscht.

Originalpublikation: Martens, J., Mueller C., Joshi, P., Rosinger, C., Maisch, M., Kappler, A., Bonkowski, M., Schwamborn, G., Schirrmeister, L. and Rethemeyer, J.: Stabilization of mineral-associated organic carbon in Pleistocene permafrost, Nature Communications, 14, 2120 (2023); DOI: 10.1038/s41467-023-37766-5

(ID:49360348)