Erderwärmung Klimagefahr durch schwindenden Permafrostboden

Der Klimawandel lässt das Eis an den Polen schmelzen – mit zahlreichen Folgen. So ging in der Vergangenheit ein Abschmelzen der Arktis mit dem Verlust des Permafrostbodens in Sibirien einher, wie eine aktuelle Studie belegt. Wiederholt sich dies, drohen aus dem Boden freigesetzte Treibhausgase die Erderwärmung zusätzlich zu verstärken.

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Bochum – Der Klimawandel führt zum Abschmelzen der Polkappen, aber auch zum Auftauen des sibirischen Permafrostbodens. Zumindest in den vergangenen 1,5 Millionen Jahren waren Zeiten ohne Meereis in der Arktis auch Zeiten mit wenig oder gar keinem Permafrost in Sibirien. Dies belegen aktuelle Ergebnisse eines internationalen Forschungsteams.

„Uns interessieren diese Zusammenhänge, weil seit Jahren immer weniger Meereis im Sommer in der Arktis beobachtet wird“, sagt Dr. Sebastian Breitenbach, der an der Ruhr-Universität Bochum an der Studie mitwirkte und inzwischen an die britische Northumbria University gewechselt ist. Früher oder später wird dies dazu führen, dass der Nordpol im Sommer vollständig eisfrei ist. Manche Wissenschaftler sehen dies erst nach 2100 auf uns zukommen, andere rechnen schon in 10 bis 20 Jahren mit einem völligen Abschmelzen des Nordpols.

Schwindender Permafrost könnte Erderwärmung beschleunigen

Der Verlust der arktischen Eismasse könnte sich gravierend auf den Permafrostboden auswirken. „Sollte dieser – vielleicht mit etwas Verzögerung – tauen, würden große Mengen Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre gelangen, was wiederum die Erderwärmung verstärken würde“, erklärt Breitenbach.

Die Dynamik des Dauerfrostbodens und besonders seine Reaktion auf den aktuellen Temperaturanstieg seien wichtig für verbesserte Prognosen, wie sich die Emission von Treibhausgasen aus dem Permafrostboden entwickeln wird.

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Was Tropfsteine über die Geschichte vereister Böden verraten

Die Daten über die zurückliegenden Schmelzvorgänge in der Arktis generierten die Forscher durch die Analyse von Tropfsteinen aus sibirischen Höhlen. Dabei deuten Phasen ohne Tropfsteinwachstum auf Permafrost hin. Denn wenn der Boden über der Höhle dauerhaft gefroren ist, kann kein Regen- oder Schmelzwasser durchsickern, welches die Stalagmiten in der Höhle wachsen lassen würde. So identifizierten die Geologen Zeitfenster, in denen Tropfsteine in den Höhlen wuchsen, und solche, in denen das Wachstum unterbrochen war.

Diese Zeitfenster mit und ohne Permafrost verglich das Team mit Analysen anderer Forschergruppen, die Perioden mit mehr oder weniger arktischem Meereis – besonders im Sommer – rekonstruiert hatten. Die Daten passen zusammen: Zu Zeiten ohne Meereis gab es auch deutlich weniger dauerhaft gefrorenen Boden in Nordsibirien.

Rückblick in über 500.000 Jahre Erdgeschichte

Frühere Analysen haben selten so weit in die Vergangenheit gereicht, wie in der aktuellen Studie beschrieben. „Man benötigt Proben aus dem Norden, wo es Permafrost gibt, die außerdem datierbar sein müssen“, sagt Breitenbach. In der aktuellen Studie datierten Wissenschaftler an der University of Oxford die Proben mit der Uran-Blei-Methode. Uran zerfällt im Lauf der Zeit zu Blei, sodass das Verhältnis verschiedener Uran- und Blei-Isotope zueinander Aufschluss über das Alter der Proben gibt. „Solche Analysen sind aber nur mit sehr großem Aufwand und in ultrareinen Laboren möglich, wie es sie beispielsweise an der University of Oxford gibt. Denn es gibt überall Blei in der Luft, das die Proben verunreinigt“, erklärt der Geologe.

In einer Vorgängerstudie hatte die Forschergruppe noch die Uran-Thorium-Methode verwendet, die zwar weniger aufwändig ist, aber nur bis etwa 500.000 Jahre in die Vergangenheit zuverlässige Datierungen erlaubt. Mit der Uran-Blei-Methode sind Datierungen auch viele Millionen Jahre zurück möglich. Bislang hat sich das Forscherteam nur auf die letzten anderthalb Millionen Jahre fokussiert, weitere Studien sollen aber folgen.

Originalpublikation: Anton Vaks, Andrew Mason, Sebastian Breitenbach, Alexander Kononov, Alexander Osinzev, Marcelo Rosensaft, Oxana Gutareva, Gideon Henderson, Alex Borshevsky: Paleoclimate evidence of vulnerable permafrost during times of low sea-ice, Nature volume 577, pages 221–225 (2020); DOI: 10.1038/s41586-019-1880-1

* Dr. J. Weiler, Ruhr-Universität Bochum (RUB), 44801 Bochum

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