Schmelzende Arktis im Schnellvorlauf

Permafrostböden tauen immer stärker auf

Der tiefgefrorene Permafrostboden in der Arktis taut in erschreckendem Ausmaß. Das haben Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) jetzt durch die Auswertung von Satellitenbildern eindrücklich bestätigt: Schmelzwasserseen in Alaska laufen reihenweise aus, weil der Boden immer weicher wird. Das Ausmaß des Seen-Kollapses war in der Saison 2017/2018 so extrem, wie die Wissenschaftler es eigentlich erst für das Ende dieses Jahrhunderts erwartet hatten. (Luftbild der Küste der seereichen Permafrostlandschaft der Baldwin Halbinsel mit Thermokarstseen und -senken – © Alfred-Wegener-Institut; Ingmar Nitze)

Kaum eine Region der Erde erwärme sich im Zuge des Klimawandels so schnell wie die Arktis. Das werde unter anderem daran sichtbar, dass die arktische Meereisfläche im Sommer immer kleiner werde. Doch auch an Land hinterlasse die Erwärmung immer deutlichere Spuren. So tauten die Permafrostgebiete von Nordamerika, Skandinavien und Sibirien seit einigen Jahren immer stärker auf – beispielsweise ganz im Nordwesten Alaskas. Beim Permafrost handle es sich um Böden, die seit der letzten Eiszeit vor rund 20.000 Jahren oder sogar noch länger permanent bis zu mehreren hundert Metern tief gefroren seien, erklären die Forscher.

Luftbild der Küste der seereichen Permafrostlandschaft der Baldwin Halbinsel mit Thermokarstseen und -senken – Foto © Alfred-Wegener-Institut; Ingmar Nitze

Das Permafrostgebiet in der Region um die Stadt Kotzebue in Alaska sei übersät mit vielen hundert Schmelzwasserseen. Diese entstünden, wenn der Permafrostboden antaue und absacke. In den Vertiefungen sammle sich dann das Schmelzwasser aus dem Boden oder des Schnees, der im Winter falle. Solche Seen seien nichts Neues. Manche seien schon mehrere Tausend Jahre alt und nach dem Ende der letzten Eiszeit entstanden. In jüngster Zeit aber sei Bewegung in die Seenlandschaft gekommen, weil die Winter dort immer öfter vergleichsweise milde ausfielen, so die Wissenschaftler.

Der Permafrostboden taue im Sommer stark auf und friere selbst im Winter nicht immer komplett wieder zu, so dass die Ufer der Seen instabil würden. Die Seen liefen aus. Ein besonders extremes Ereignis haben Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in der Saison 2017 und 2018 beobachtet: Innerhalb eines Jahres seien so viele Seen ausgelaufen, wie nie zuvor – rund 190 Stück.

„Das Ausmaß hat uns erschreckt“, sagt der AWI-Geograph Ingmar Nitze. „Der Winter 2017/2018 war sehr feucht und warm. Es herrschten Bedingungen, die unsere Klimarechenmodelle für das Ende dieses Jahrhunderts als Normalzustand vorhersagen. Wir konnten gewissermaßen in die Zukunft sehen. Das Schmelzen wird dann katastrophale Ausmaße erreicht haben.“

Wie Ingmar Nitze zusammen mit seinen Mitautoren jetzt im Fachmagazin Cryosphere schreibt, habe die durchschnittliche Temperatur in der Saison 2017/2018 rund fünf Grad Celsius über dem langjährigen Durchschnitt gelegen. Im Winter hätten um Kotzebue normalerweise bis zu minus 20 Grad geherrscht – in dieser Saison habe die Temperatur über viele Tage 10 bis 20 Grad darüber gelegen. Außerdem habe es aufgrund der feuchten Luft sehr viel Schnee gegeben. Da Schnee den Boden im Winter gegen die kalte Luft isoliert habe, sei der im Sommer angetaute Permafrost auch während des relativ milden Winters nicht ausreichend gefroren, erklären die Wissenschaftler das Phänomen.

Zum Auslaufen der Seen habe dann eine Verkettung verschiedener Faktoren geführt. Zum einen seien die Ufer der Seen weich und instabil gewesen, so dass sie leicht brechen haben können. Zusätzlich habe das viele Schmelzwasser aus den tauenden Schneemassen den Druck auf die Ufer erhöht. Hinzu sei gekommen, dass das Wasser leichter habe abfließen und regelrechte Flutrinnen in den aufgetauten Boden fressen können.

„Die Seen sind mit einem bis drei Metern Tiefe relativ flach und laufen entsprechend schnell aus“, sagt Nitze. Da die Region sehr dünn besiedelt sei, seien glücklicherweise keine größeren Schäden entstanden. Darum gehe es auch nicht, sagt der Forscher. „Dieses Auslauf-Ereignis zeigt einfach, welche extremen Ausmaße die Erwärmung in der Arktis in den kommenden Jahrzehnten annehmen wird. Vor allem aber, dass es solche Extremereignisse nicht erst Ende dieses Jahrhunderts geben wird, sondern schon heute und in den kommenden Jahren.“ Das sei bedenklich, weil die im Permafrostboden gespeicherte uralte Pflanzenmasse frei werde und so von Mikroben abgebaut werden könne. Der in den Pflanzen enthaltene Kohlenstoff werde als Kohlendioxid frei und verstärke nun seinerseits den Treibhauseffekt – ein Teufelskreis.

Für die Studie hatten Ingmar Nitze und seine Kollegen Satellitenbilder der Region um Kotzebue ausgewertet. Auf den Aufnahmen ließen sich gefüllte und leere Seen sehr gut voneinander unterscheiden, sagt Nitze. Auch sei sehr gut erkennbar, wann die Seen beginnen auszulaufen. Der Winter 2017/2018 sei in der Region der wärmste seit Beginn der Aufzeichnungen an der Station Kotzebue im Jahr 1949 gewesen. Deshalb hätten die Experten erwartet, dass mehrere Seen auslaufen würden. Mit dem vorgefundenen Ausmaß aber hätten sie nicht gerechnet.

„In den milden Jahren 2005 und 2006 waren schon einmal viele Seen ausgelaufen – diesmal waren es aber sogar doppelt so viele.“ Und das sei bedenklich, denn damit schrumpfe das Potential des Permafrostbodens, große Mengen an Kohlenstoff zu konservieren, erschreckend schnell.

Zeitserienanimation von PlanetScope Satellitenbildern eines auslaufenden Sees in Nordwestalaska in 2018. (Planet Team (2017). Planet Application Program Interface: In Space for Life on Earth. San Francisco, CA.https://api.planet.com.)

Originalpublikation

Die Studie ist erschienen im Fachmagazin The Cryosphere:

Ingmar Nitze, Sarah Cooley, Claude Duguay, Benjamin M. Jones, Guido Grosse: The catastrophic thermokarst lake drainage events of 2018 in northwestern Alaska: fast-forward into the future. The Cryosphere 14, 4279-4297, DOI: 10.5194/tc-14-4279-2020, 2020.

->Quelle:  Alfred-Wegener-Institut/awi.de/schmelzende-arktis-im-schnellvorlauf