Warum das Auftauen von Permafrost wichtig ist

Warum das Auftauen von Permafrost wichtig ist

In Bethel, Alaska, spalten sich die Mauern, Häuser stürzen ein und die Hauptstraße sieht aus wie eine kleine Achterbahn. In der Küstenstadt Kongiganak verhindern sinkende Friedhöfe, dass Alaskaner ihre Toten im Boden begraben. Das Dorf Shishmaref, das auf einer Insel fünf Meilen vom westlichen Alaska-Festland entfernt liegt, ist so stark erodiert, dass es über einen vollständigen Umzug nachdenkt. Diese Gemeinden werden von auftauendem Permafrost geplagt.

Permafrost ist ein Boden, der zwei oder mehr Jahre hintereinander gefroren bleibt. Es besteht aus Gestein, Boden, Sedimenten und unterschiedlichen Mengen Eis, die die Elemente miteinander verbinden. Ein Teil des Permafrosts ist seit Zehntausenden oder Hunderttausenden von Jahren gefroren.

Unter einer Erdschicht kann der Permafrost zwischen drei Fuß und 4.900 Fuß dick sein. Es speichert die kohlenstoffbasierten Überreste von Pflanzen und Tieren, die gefroren sind, bevor sie sich zersetzen können. Wissenschaftler schätzen, dass der Permafrost der Welt 1.500 Milliarden Tonnen Kohlenstoff enthält, fast doppelt so viel Kohlenstoff wie derzeit in der Atmosphäre.

Wenn Permafrost erwärmt und auftaut, setzt er leider Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre frei . Wenn der globale Thermostat steigt, könnte Permafrost anstelle der Speicherung von Kohlenstoff eine bedeutende Quelle für Planetenheizungsemissionen werden.

Permafrost taut an einigen Stellen bereits auf, und wenn sich das Problem ausbreitet, befürchten Wissenschaftler, dass es einen außer Kontrolle geratenen Prozess der globalen Erwärmung auslösen könnte.

Die sich erwärmende Arktis

Permafrost bedeckt ungefähr 24 Prozent der exponierten Landmasse der nördlichen Hemisphäre – ungefähr 9 Millionen Quadratmeilen. Es kommt in hohen Breiten und Höhen vor, hauptsächlich in Sibirien, auf dem tibetischen Plateau, in Alaska, in Nordkanada, in Grönland, in Teilen Skandinaviens und in Russland. Die Kontinentalschelfs unter dem Arktischen Ozean, die während der letzten Eiszeit freigelegt wurden, enthalten ebenfalls Permafrost.

Polar- und Höhenregionen sind jedoch einige der klimasensitivsten Orte auf dem Planeten. Die Arktis erwärmt sich doppelt so schnell wie der Rest des Planeten, mit einer Temperaturänderungsrate, die nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in den letzten 2000 Jahren nicht beobachtet wurde. Im Jahr 2016 waren die durchschnittlichen jährlichen Oberflächentemperaturen um 3,5 Grad wärmer als zu Beginn des 20. Jahrhunderts. In diesem Jahr waren die Permafrosttemperaturen in der Arktis die wärmsten, die jemals gemessen wurden.

In Alaska haben sich die Permafrosttemperaturen in den letzten Jahrzehnten um bis zu 2 ° C erwärmt. Eine kürzlich durchgeführte Studie geht davon aus, dass bei jedem Temperaturanstieg von 1 ° C 1,5 Millionen Quadratmeilen Permafrost durch Auftauen verloren gehen können.

Wenn Permafrost auftaut

O. Roger Anderson, Biologe am Lamont-Doherty Earth Observatory des Earth Institute, erklärte, warum Permafrost beim Auftauen Kohlenstoff freisetzt.

Die „aktive Bodenschicht“ auf dem Permafrost, die zwei bis 13 Fuß tief sein kann, taut jeden Sommer auf und kann das Pflanzenleben erhalten. Diese Schicht setzt Kohlenstoff aus den Wurzeln von Pflanzen frei, die CO2 ausatmen, und aus Mikroben im Boden. Einige Mikroben zerlegen die organische Substanz in CO2. Andere, Archaeen genannt, produzieren stattdessen Methan, wenn die Bedingungen anaerob sind – wenn der Boden mit Wasser gesättigt ist oder kein Sauerstoff verfügbar ist. Methan ist 20- bis 30-mal wirksamer als Kohlendioxid bei der Verschärfung der globalen Erwärmung, bleibt jedoch weniger lange in der Atmosphäre.

Wenn der Permafrost auftaut, vertieft sich die aktive Schicht. Die Mikroben werden aktiv und Pflanzenwurzeln können weiter nach unten eindringen, wodurch mehr CO2 entsteht. Die Menge des erzeugten Methans hängt davon ab, wie gesättigt der Boden ist.

Wissenschaftler kennen die relativen Anteile der Kohlendioxid- und Methanemissionen, die durch großflächigen auftauenden Permafrost entstehen könnten, nicht, sagte Anderson, da dies nie geschehen ist in der Geschichte der Menschheit. Untersuchungen an der oberen Schicht der Tundra (baumlose Ebenen über dem Permafrost) legen jedoch nahe, dass die durchschnittlichen Kohlendioxidemissionen etwa 50-mal höher sind als die von Methan.

„Und das wissen wir alle 10 Grad Wenn sich der Boden erwärmt, wird sich die CO2-Emission verdoppeln “, sagte Anderson.

In einer Studie aus dem Jahr 2017 wurde geschätzt, dass beim Auftauen der globalen Temperaturen um 1,5 ° C über das Niveau von 1861 beim Auftauen des Permafrosts 68 bis 508 Gigatonnen freigesetzt werden könnten Kohlenstoff.Ohne Berücksichtigung der menschlichen Aktivität würde dieser Kohlenstoff allein die globalen Temperaturen von 0,13 auf 1,69 ° C bis 2300 erhöhen. Da wir möglicherweise bereits eine Erwärmung von 1,5 ° C über dem vorindustriellen Niveau erreicht haben, könnte diese zusätzliche Erwärmung katastrophale Auswirkungen haben

Obwohl eine wärmere Arktis mehr Pflanzen unterstützen könnte und Pflanzen Kohlendioxid durch Photosynthese absorbieren, wird das neue Wachstum voraussichtlich nur etwa 20 Prozent der Kohlenstofffreisetzung des Permafrosts ausgleichen.

Was Permafrost schützt

Eine Sache, die Permafrost vor den Auswirkungen des Klimawandels schützt, ist Torf, die teilweise verfallene Vegetation, die sich in wassergesättigten Umgebungen ohne Sauerstoff ansammelt. In weiten Teilen der niedrigen Arktis kann Torf über der gesamten aktiven Schicht liegen oder diese umfassen oder als Permafrost eingefroren werden.

Ben Gaglioti, Postdoktorand am Lamont-Doherty Earth Observatory, untersuchte Aufzeichnungen von Seesedimenten in Nordalaska, um festzustellen, wie viel Kohlenstoff der Permafrost als Reaktion auf Erwärmungsperioden bei freisetzte das Ende der letzten Eiszeit. Es stellt sich heraus, dass der Permafrost während vergangener Erwärmungsereignisse viel empfindlicher war – was bedeutet, dass er mehr Kohlenstoff freisetzte – und mit der Zeit allmählich weniger reagierte. In den letzten 150 Jahren der Erwärmung gab es relativ wenig Reaktionen.

„Unsere Hypothese ist, dass sich in der Wasserscheide organische Stoffe oder Torf aufgrund eines relativ warmen und stabilen Klimas seit der Eiszeit angesammelt haben“, sagte Gaglioti. Dieser Torf, der sich vor etwa 13.000 Jahren angesammelt hat, hat hervorragende Arbeit geleistet, um den darunter liegenden Boden vor dem Auftauen zu schützen. Wir glauben, dass er den Permafrost puffert. “

Gagliotis Modelle zeigen, dass die Empfindlichkeit des darunter liegenden Permafrosts gleich ist stark abhängig von der Dicke des Torfs. „Das Schicksal des zugrunde liegenden Permafrosts hängt in gewisser Weise von der Stabilität der Torfschicht ab“, sagte er.

Ein irreversibler Zyklus?

Waldbrände können den Torf zurückschälen und Permafrost erzeugen Gaglioti sagte, dass sie in Tundra-Regionen empfindlicher auf den Klimawandel reagieren – und dass sie in Tundra-Regionen zunehmen werden. Wärmere und trockenere Sommer machen die Vegetation brennbarer. Bei wärmeren Temperaturen treten auch mehr Gewitter und Blitzeinschläge auf, die Waldbrände auslösen können.

Brennt nicht nur Feuer CO2 beim Verbrennen; danach absorbiert der geschwärzte Boden mehr Sonnenstrahlung und erwärmt sich weiter. Sobald das Feuer den Torf und die Vegetation entfernt, die den Boden beschatten, kann die Landschaft zu gut entwässert werden, um den Torf zu regenerieren.

Viele Wissenschaftler befürchten, dass das Auftauen von Permafrost ein Wendepunkt sein könnte, der einen irreversiblen Zyklus auslöst: Wenn Permafrost seinen Kohlenstoff als CO2 o freisetzt r Methan beschleunigt die Erwärmung, wodurch dann mehr Permafrost auftaut und so weiter. Es wird nichts geben, was Menschen tun können, um es zu stoppen.

Die Regionen, in denen der Permafrost das ganze Jahr über gefroren ist, verschieben sich bereits nach Norden. und in einigen Gebieten gefriert die Tundra jetzt später im Herbst, so dass Mikroben mehr Zeit haben, organische Stoffe zu zersetzen und Pflanzen zu atmen.

Auswirkungen des Auftauens von Permafrost

Wenn das Eis Wenn der Permafrost schmilzt, wird der Boden instabil und kann zusammenbrechen, was zu Fels und Erdrutschen, Überschwemmungen und Küstenerosion führt.

In einigen Teilen Sibiriens ist der Boden 280 Fuß tief zusammengebrochen. Die knickende Erde kann Gebäude, Straßen, Stromleitungen und andere Infrastrukturen beschädigen.

Sie kann auch natürliche Ökosysteme schädigen. Thermokarst-Seen – Vertiefungen, die beim Auftauen des Permafrosts entstehen, der zusammengebrochen und mit Schmelzwasser gefüllt ist – sind wichtig für die Tierwelt und versorgen die lokalen Gemeinschaften mit Wasser. Wenn der darunter liegende Permafrost jedoch weiterhin auftaut, können Seen und Feuchtgebiete vollständig entwässern und diese biologisch wichtigen Ressourcen zerstören.

Da die Sedimente von Erdrutschen schlammige Bäche und Seen beeinträchtigen, wirken sie sich auf das Pflanzenleben an der Basis der Nahrungskette aus und möglicherweise alle Kreaturen, die davon abhängen. Veränderungen in der Landschaft können Karibu-Zucht- und Migrationsmuster verändern. Und während sich die Arktis erwärmt, bewegen sich die Biber nach Norden. Ihre Dämme überfluten neue Gebiete und erzeugen sumpfige Abschnitte, die es mehr warmem Wasser ermöglichen, den Permafrost weiter aufzutauen.

Das Auftauen von Permafrost kann mehr als Kohlenstoffemissionen freisetzen. Im Jahr 2016 starb ein kleiner Junge und Dutzende wurden ins Krankenhaus eingeliefert, nachdem sie sich auf der Halbinsel Yamal in Sibirien Anthrax zugezogen hatten. Ein mit Anthrax infizierter Rentierkadaver, der 75 Jahre zuvor gefroren war, wurde beim Auftauen des Permafrosts freigelegt.Anthraxsporen drangen in den Boden und das Wasser und schließlich in die Nahrungsversorgung ein und infizierten die Menschen.

Menschen und Tiere und ihre Krankheiten sind seit Hunderten von Jahren im Permafrost eingefroren, aber Bakterien und Viren können im Permafrost Hunderttausende von Jahren überleben – Wissenschaftler, die kürzlich wiederbelebt wurden Ein 30.000 Jahre altes Virus, das Amöben infiziert. Krankheiten wie die Spanische Grippe, Pocken oder die Pest, die ausgelöscht wurden, können im Permafrost gefroren sein. Während sich die Arktis erwärmt, könnten uns mehr Aktivitäten wie der Abbau von Seltenen Erden oder Edelmetallen möglicherweise wieder in Kontakt bringen.

Das Bauen auf Permafrost ist problematisch, nicht nur, weil der Boden instabil ist, sondern auch, weil Die Hitze von Gebäuden und Rohren selbst kann den Permafrost erwärmen. Strukturen müssen auf Holzpfählen oder auf dicken Kiesflächen gebaut werden. Wasser- und Abwasserleitungen müssen oberirdisch verlegt werden. Einige Bethelstraßen und Landebahnen des Flughafens sind mit flüssigkeitsgefüllten Rohren ausgestattet, die die Wärme vom Permafrost ableiten, und das Krankenhaus hat Maschinen installiert, die den Boden ständig gekühlt halten.

In Inuvik, einer Stadt im Nordwesten Kanadas, Forscher experimentieren mit neuen Pfahlsorten, um Gebäude zu stabilisieren, haben jedoch noch keine perfekte Lösung gefunden. Sie sagen, es sei schwer zu wissen, was am besten funktionieren wird, da niemand in der Arktis jemals die Geschwindigkeit der Permafrostveränderung erlebt hat, die heute stattfindet.

Viele Fragen bleiben

Während die jüngsten In dem Bericht des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimawandel wurde anerkannt, dass sich der Permafrost erwärmt. In seinen Klimamodellen wurden diese Emissionen bei der Erstellung von Klimaprojektionen nicht berücksichtigt.

Dies liegt daran, dass letztendlich davon abhängt, wie stark sich der Planet durch das Auftauen des Permafrosts erwärmt Kohlenstoff wird wie schnell freigesetzt und ob in Form von CO2 oder Methan. Um dieses Phänomen besser zu verstehen und genauere Klimaprojektionen erstellen zu können, müssen Wissenschaftler die Anfälligkeit des Permafrosts für das Auftauen und seine zahlreichen Folgen für die Arktis und den Planeten besser einschätzen können.

„Wissenschaftliche Forschung ist so wichtig für das Verständnis“, sagte Anderson. „Wir können einfach nicht vorhersagen, was bereits bekannt ist, weil wir noch nie zuvor Permafrost in diesem Ausmaß aufgetaut haben.“ Nur durch sorgfältigere wissenschaftliche Forschung können wir diese Fragen beantworten. “