Herausforderung

Yedoma Kliff mit Torflagen (Foto: Jens Strauss)

Schätzungen gehen davon aus, dass in arktischen Permafrostablagerungen etwa soviel Kohlenstoff eingefroren ist, wie sich derzeit in der Atmosphäre befindet. Permafrosttauen hat dementsprechend das Potential für einen sich selbst verstärkenden Prozess mit dem Klima der Erde. Ein solcher Prozess wird positive Rückkopplung genannt. Hierbei wird beim Tauen Permafost-kohlenstoff mobilisiert, mikrobiell zersetzt und in der Form von Treibhausgasen (Kohlendioxid oder Methan) der Atmospäre zugeführt, was mit weiterer Erwärmung und weiterem Permafrosttauen einhergeht. Bisher existieren noch große Unsicherheiten bei den Abschätzungen, sowohl bei der Gesamtmenge des gespeicherten Kohlenstoffs in Permafrostablagerungen, als auch bei dessen Anfälligkeit für Zersetzung und Mobilisierung. Insbesondere schnelles tiefgreifendes Permafrost-Tauen durch Thermokarstprozesse und die Veränderung solcher Prozesse in einer sich erwärmenden Arktis sind bisher schlecht quantifiziert. Weder die Rückkopplung zwischen Permafrostkohlenstoff und Klimasystem, noch die schnellen Tauprozesse sind derzeit in Erdsystemmodellen wie denen des Weltklimarates (IPCC) berücksichtigt.

Projektziele

Landsat Echtfarben-Bild Lena-Delta (Foto: Landsat)

Um bestimmen zu können, auf welche Weise und wie schnell Permafrosttauen das Klima der Erde beeinflussen kann, werden Daten zur räumlichen Verbreitung von Permafrost-kohlenstoff und dessen Anfälligkeit für schnelle Tauprozesse wie zum Beispiel Thermokarst benötigt. Das PETA-CARB Projekt zielt daher darauf ab, die Menge, Verteilung, sowie Vulnerabilität von tiefen Kohlenstoffspeichern in Permafrost-ablagerungen zu quantifizieren. Ebenfalls wird untersucht, wie schnelle Tauprozesse den Permafrostkohlenstoffspeicher auf unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen beeinflussen. Das übergeordnete Projektziel ist es, die Vorhersage zukünftiger Interaktionen zwischen Permafrostkohlenstoffspeicher und dem Klima der Erde zu verbessern.

Methoden

Im Projekt kombinieren wir fernerkundungsbasierte Methoden zur Erfassung von Änderungen der Landoberfläche, die Kartierung und Klassifikation von durch Permafrosttauen beeinflussten Landschaften, sowie räumliche Analysen von Prozessen in Permafrostregionen. Um die Größe des tiefen Permafrostkohlenstoffspeichers als auch seine Vulnerabilität für schnelles Tauen zu beschreiben, führen wir quantitative Feldstudien durch und modellieren Thermokarstprozesse. Die drei Schwerpunkte unserer Arbeiten sind deshalb:

  1. Systematische Vermessungen von schnellem Permafrosttauen,
  2. Charakterisierung des tiefen Kohlenstoffspeichers verschiedener Permafrostablagerungen sowie deren Ablagerungsgeschichte,
  3. Quantifizierung des gesamten tiefen Kohlenstoffspeichers im Permafrost und seiner Vulnerabilität für Tauen und Mobilisierung.

Untersuchungsregionen

Bei unseren Feldexpeditionen fokussieren wir auf verschiedene Untersuchungsregionen in Alaska (arktische Küstenebene, Yukon-Kuskokwim-Delta) und Sibirien (Lena-Delta, Zentral-Jakutien), die ein breites Spektrum verschiedener Permafrost- und Umweltbedingungen repräsentieren. Darüberhinaus beziehen wir Daten anderer Regionen und Studien in unsere Analysen ein, um eine Skalierung unserer Untersuchungen über regionale zu kontinentalen Maßstäben hinweg durchführen zu können.

Förderung

Das PETA-CARB Projekt (2013-2018) wird durch einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) gefördert. Zusätzliche Mittel für das Projekt werden aus dem Strategie- und Vernetzungsfonds der Helmholtz Gemeinschaft bereitgestellt.

AWI-Permafrostforscher Dr. Guido Grosse (Foto: Sina Loeschke, Alfred-Wegener-Institut)

Team

PETA-CARB wordle (Grafik: Jens Strauss)