Permafrost-Teufelskreis Können verwitternde Steine dem Klimawandel entgegenwirken?

Anbieter zum Thema

Metrohm Deutschland GmbH & Co. KG

Elementar Analysensysteme GmbH

LECO Instrumente GmbH

Eine neue im Fachmagazin Nature veröffentlichte Studie zeigt: Das Auftauen von Permafrostböden führt nicht nur zur Freisetzung von Kohlenstoff, sondern kann auch dessen Entnahme aus der Atmosphäre fördern – durch die Verwitterung von Gesteinen.

Der Klimawandel führt dazu, dass Permafrostböden auf der ganzen Welt zunehmend auftauen. Das setzt große Mengen organischen Kohlenstoffs frei, der in Flüssen zu Kohlendioxid (CO₂) umgewandelt und an die Atmosphäre abgegeben wird – eine positive Rückkopplung, die den Klimawandel noch weiter antreibt.

Eine kürzlich im Fachmagazin Nature veröffentlichte Studie hat nun Belege dafür gefunden, dass ein in Klimamodellen bislang kaum berücksichtigter Effekt diesen Teufelskreis erheblich abschwächen könnte: Die Verwitterung von Gesteinen.

„Die Erwärmung des Klimas und die Freisetzung von Mineralen in und unter Permafrostböden führt zu Gesteinsverwitterung und beeinflusst damit auch den Kohlenstoffkreislauf“, erklärt Aaron Bufe, LMU-Professor für Sedimentologie und einer der Erstautoren der neuen Studie.

Wie biologische und geologische Prozesse zusammenwirken und die CO₂-Dynamik in Flüssen von Permafrost-Regionen prägen, war bislang noch weitgehend unklar. „In unserer Studie haben wir quantifiziert, wie genau sich das Verhältnis von CO₂-Bindung und CO₂-Freisetzung verändert, wenn der Permafrost schmilzt“, so Bufe.

Untersuchungsgebiet: Das tibetische Hochland

Dafür untersuchten die beteiligten Forschenden aus Deutschland, China, Großbritannien, USA, Schweden und der Schweiz die CO₂-Bilanz von Fließgewässern auf dem Qinghai-Tibet-Plateau – der größten zusammenhängenden Permafrost-Landschaft außerhalb der Arktis und Antarktis.

Das Forschungsteam kombinierte Messungen von CO₂-Emissionen mit chemischen Analysen in 50 Flüssen im Quellgebiet der größten Flusssysteme Asiens – das Untersuchungsgebiet umfasst eine Gesamtfläche von ungefähr 780.000 Quadratkilometern und erstreckt sich über Höhenlagen von 1.650 bis 4.820 Metern über dem Meeresspiegel.

Teile des Untersuchungsgebietes sind von durchgängigem Permafrostboden geprägt, in anderen Teilen wiederum ist der Permafrost nur noch sporadisch vorhanden oder ganz verschwunden. Die Forschenden werteten die räumliche Verteilung der gesammelten Daten statistisch aus, um Rückschlüsse darauf zu ziehen, wie sich das Auftauen des Permafrostbodens über Hunderte von Jahren hinweg auf die Biogeochemie der Flüsse im tibetischen Hochland auswirkt.

Der Einfluss von chemischer Verwitterung ist signifikant

Die überraschende Erkenntnis: Kohlenstoffflüsse aus chemischer Verwitterung könnten mit fortschreitendem Auftauen des Permafrostbodens zunehmend an Bedeutung gewinnen und möglicherweise sogar die Kohlendioxid-Emissionen aus der Umwandlung von organischem Kohlenstoff in Flüssen übersteigen.

„Über die gesamte untersuchte Region werden 35 % der CO₂-Emissionen aus Flüssen durch verwitterungsbedingte Bindung von Kohlenstoff kompensiert“, erklärt Dr. Liwei Zhang, Biogeochemiker an der East China Normal University, der die Studie zusammen mit Aaron Bufe leitete. „Interessant ist hierbei, dass dieses Verhältnis stark von der Beschaffenheit des Permafrosts abhängt.“

Demnach gleicht die Verwitterung in Gebieten mit durchgängigem Permafrost lediglich 15 % der CO₂-Emissionen aus. Dort wo Permafrost nur noch sporadisch vorkommt kann dieser Wert auf mehr als 100 % ansteigen. Das deutet darauf hin, dass mit zunehmendem Auftauen des Permafrosts die Gesteinsverwitterung eine immer wichtigere Rolle spielt.

„Der Einfluss der Gesteinsverwitterung auf den Kohlenstoffkreislauf hängt allerdings auch von der Natur der Minerale ab, die freigesetzt werden“, erklärt Bufe. Wo Silikat-Verwitterung dominiert, wie es über weite Teile des Qinghai-Tibet-Plateaus der Fall ist, kann die Gesteinsverwitterung der Freisetzung von Kohlenstoff aus Permafrostböden entgegenwirken. Die Verwitterung von Schwefelmineralen wie Pyrit hingegen kann die CO₂-Emissionen verstärken. „Dies ist zum Beispiel im Südosten unseres Untersuchungsgebietes der Fall“.

Die Rückkopplung besser verstehen

Die geochemischen Muster im Qinghai-Tibet-Plateau werfen laut den Forschenden ein neues Licht auf die Rolle des tauenden Permafrosts für das Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffquellen und -senken.

Liwei Zhang fasst zusammen: „Die Ergebnisse unseres multi-disziplinären Ansatzes zeigen, dass die Gesteinsverwitterung durch den Rückgang des Permafrosts zunehmen und beträchtliche Anteile von CO₂ binden könnte, wodurch anorganische und organische Kohlenstoffkreisläufe auf für den Menschen relevante Zeitskalen miteinander verknüpft werden.“

Kann also die Gesteinsverwitterung dem menschengemachten Klimawandel entgegenwirken?„Leider nein“, sagt Bufe, „Die jährlichen menschengemachten CO₂-Emissionen sind um ungefähr den Faktor 100 größer, als die CO₂-Aufnahme durch Silikat-Verwitterung. Da wird auch eine kleine Erhöhung der Verwitterungsraten durch das Tauen des Permafrosts nichts ändern. Hier hilft nur eins: Wir müssen die Emissionen drastisch reduzieren“.

Treibhausgasemissionen aus dem Eis

Anhänglicher Kohlenstoff im Permafrostboden

Die Forschenden plädieren dafür, in zukünftigen Klimaanalysen über den bisherigen Fokus auf biotisch-organische Kohlenstoffprozesse hinauszugehen und das Gleichgewicht aller Mechanismen ganzheitlich zu betrachten, um die Nettoauswirkung des Permafrost-Tauens auf den globalen Kohlenstoffkreislauf und letztlich die Richtung seiner Klimarückkopplung besser zu verstehen.

Originalpublikation: Zhang, L., Bufe, A., Dean, J.F. et al. Rock weathering can counteract river CO2 emissions induced by permafrost thaw. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10664-8

(ID:50877139)