Aktuelle Ergebnisse

Sedimentologische und geochemische Eigenschaften von zwei kleinen Permafrost dominierten Arktischen Flussdeltas in Nordalaska

Matthias Fuchs, Guido Grosse, Benjamin M. Jones, Jens Strauss, Carson A. Baughman, Donald A. Walker

Arktos (2018) 4: 20. doi.org/10.1007/s41063-018-0056-9

Kurzfassung: Arktische Flussdeltas sind sehr dynamische Permafrostlandschaften, die durch fluviale-, litorale- und Permafrosttauprozesse beeinflusst sind. Die Deltas bestehen aus mächtigen Sedimentablagerungen, die große Mengen an Kohlenstoff und Stickstoff speichern. In unserer Studie untersuchen wir die Menge an Kohlen- und Stickstoff für zwei kleine Flussdeltas. Das Ikpikpuk und das Fish Creek Flussdelta liegen im Norden Alaskas und speichern 42.4 kg respektive 37.9 kg Kohlenstoff und 2.1 kg respektive 2.0 kg Stickstoff in den obersten zwei Meter der Deltaablagerungen. Dabei sind 46% des Kohlenstoffs in einer Tiefe von 1 bis 2 Meter gespeichert, was zeigt, dass in Deltas nicht nur die oberflächennahen Schichten Kohlenstoffreich sind. Zusätzlich zeigen Radiokarbondatierungen mittel bis spät-Holozäne Alter der Ablagerungen. Allerdings sind die daraus berechneten Kohlenstoffakkumulations- und Sedimentationsraten in den beiden untersuchen Deltas unterschiedlich. Kohlenstoffakkumulationsraten bis zu 28 g C m-2 pro Jahr für das Ikpikpuk Delta sind fast doppelt so hoch wie jene für das Fish Creek Flussdelta. Mit dieser Studie verdeutlichen wir die Wichtigkeit, diese dynamischen Permafrostlandschaften in zukünftige Permafrost-Kohlenstoff-Abschätzungen miteinzubeziehen.

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Eine Kohlen- und Stickstoff Abschätzung für zwei Yedoma Gebiete in der Sibirischen Arktis

Matthias Fuchs, Guido Grosse, Jens Strauss, Frank Günther, Mikhail Grigoriev, Georgy M. Maximov, Gustaf Hugelius

Biogeosciences, 15, 953-971, 2018
DOI: 10.5194/bg-15-953-2018

Kurzfassung: Eisreiche Yedoma Landschaften speichern große Mengen an organischem Kohlenstoff sowie Stickstoff und sind durch den Klimawandel anfällig für Degradation. Wir untersuchen diese Kohlen- und Stickstoffspeicher in zwei Yedoma Landschaften (Insel Sobo-Sise und Bykovsky Halbinsel) im Norden von Ostsibirien, die durch thermokarst Prozesse erodiert werden. Wir bohrten bis zu drei Meter tiefe Permafrostkerne und analysierten die gesammelten Proben auf ihren Kohlen- und Stickstoffgehalt. Die Kohlen- und Stickstoff Mengen in den Kernen wurde schließlich anhand einer Land Form Klassierung basierend auf multispektralen RapidEye Satellitenbildern auf die Studiengebiete hochgerechnet.

Die durchschnittlichen Mengen für den ersten Meter im Boden für Sobo-Sise betragen 20.2 kg m−2 organischer Kohlenstoff und 1.8 kg m−2 Stickstoff. Für die Bykovsky Halbinsel betragen die durchschnittlichen Mengen 25.9 kg m−2 Kohlenstoff und  2.2 kg m−2 Stickstoff. Durch zusätzlich durchgeführten radiokarbon Datierungen konnten Sedimentationsraten rekonstruiert werden. Diese betragen 0.10–0.57 mm pro Jahr, was auf eine anhaltende Anreicherung von mineralischen Bodenmaterial hindeutet. Die Böden in beiden Studiengebieten sind aber durch eine begrenzte Anreicherung von organische Bodenmaterial (Torf) gekennzeichnet.
Des Weiteren schätzen wir, dass in beiden Studiengebieten zusammen ca. 5.8 Tg (13.2 kg m−2) Kohlenstoff zusätzlich saisonal im aktiven Kohlenstoffkreislauf verfügbar werden, wenn sich die Auftauschicht um 100 cm vertieft. Unsere Studie zeigt, wie wichtig es ist, zusätzliche Kohlen- und Stickstoff Untersuchungen in eisreichen Yedoma Regionen vorzunehmen um der hohen Variabilität der Permafrost Gebiete in panarktischen Kohlenstoff- und Stickstoff Abschätzungen gerecht zu werden.

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Tiefer Permafrost: Sedimentcharakteristik und Kohlenstoffverfügbarkeit der Yedoma Region

Jens Strauss, Lutz Schirrmeister, Guido Grosse, Daniel Fortier, Gustaf Hugelius, Christian Knoblauch, Vladimir Romanovsky, Christina Schädel, Thomas Schneider von Deimling, Edward A. G. Schuur, Denis Shmelev, Mathias Ulrich, Alexandra Veremeeva

Earth-Science Reviews, 172, September 2017, Pages 75-86, https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.07.007 

Kurzfassung: Permafrost ist ein charakteristisches Merkmal der terrestrischen Arktis und besonders anfällig für Klimaerwärmung. Permafrost wird auf unterschiedliche Weise degradiert, einschließlich der Vertiefung einer jahreszeitlich aufgetauten Oberfläche sowie lokale, aber schnelle und tiefgreifende Thermokarstprozesse.
Besonders anfällig ist durch seinen hohen Eisgehalt der pleistozäne eisreiche Permafrost mit syngenetischen Eiskeilen, bezeichnet als Yedoma, der in Sibirien, Alaska und Yukon, Kanada weit verbreitet ist. Eingefrorenes organisches Material in solchen Ablagerungen kann auf kurzen Zeitskalen mobilisiert werden und zu einer Kohlenstoffkreislauf-Rückkopplung beitragen.
In dieser Studie bringen wir die Eigenschaften, Kohlenstoffmenge und die Vulnerabilität von Yedoma-Ablagerungen zusammen. Wir konnten zeigen, dass sich die Sedimente von Yedoma während des späten Pleistozäns bis zum Beginn der späten Eisalterung in periglazialen Verwitterungs-, Transport- und Ablagerungsdynamiken in nicht vergletscherten Regionen abgelagert haben. Die Ablagerungen entstanden aufgrund einer Kombination von äolischen, kolluvialen, nivalen und alluvialen Ablagerungen bei gleichzeitigem Einfrieren. Wir fanden in Yedoma bis zu 130 Gigatonnen organischen Kohlenstoff, und ein Teil davon ist gut erhalten und für schnelle Zersetzungsprozesse nach dem Auftauen verfügbar. Basierend auf Inkubationsexperimenten gelten bis zu 10% des Yedoma-Kohlenstoffs als schnell zersetzbar, und große Menge an Bodeneis in Yedoma machen es sehr anfällig für Störungen wie Thermokarst- und Thermoerosionsprozesse.
Somit wird die Mobilisierung von Permafrostkohlenstoff unter der zukünftigen Klimaerwärmung zunehmen. Unsere Ergebnisse belegen die Notwendigkeit der Berücksichtigung von Yedoma-Kohlenstoffmengen in Erdsystemmodellen für eine vollständigere Darstellung der Permafrost-Kohlenstoff-Rückkopplung.

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Landsat basierte Trendanalyse von Seedynamiken in verschiedenen Permafrostregionen

Ingmar Nitze, Guido Grosse, Benjamin M. Jones, Christopher D. Arp, Mathias Ulrich, Alexander Fedorov, Alexandra Veremeeva

Remote Sensing, 9(7), 640,2017, doi:10.3390/rs9070640

Kurzfassung: In unserer Studie untersuchen wir die Seedynamiken in vier verschiedenen Regionen Sibiriens und Alaskas mittels Landsat Fernerkundungszeitreihen zwischen 1999 und 2014. Unter Verwendung aktueller Prozessierungsmethoden wurden einzelne Seen sowie deren Veränderungen auf einer Fläche von ca. 200.000 km² kartiert und analysiert. 

In den hocharktischen Regionen in Alaska (North Slope) und Sibirien (Kolyma Lowland) wurde eine leichte Verringerung der Seeflächen von 0,69 % bzw. 0,51 % beobachtet. In den Kobuk-Selawik Lowlands in Westalaska wurde eine stärkere Abnahme der Seeflächen um 2,82 % registriert, bedingt durch eine hohe Anzahl drainierter Seen. Das Untersuchungsgebiet in Zentral Jakutien zeichnete sich durch eine massive Zunahme der Seefläche um fast 50 % aus, was auf Niederschlagsereignisse aber auch Permafrostdegradation zurück zu führen ist. Innerhalb aller Untersuchungsgebiete konnten deutliche Variationen der Seeveränderungen beobachtet werden, was den Einfluss lokaler Gegebenheiten auf die Seedynamiken stark verdeutlich.

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Yedoma Eiskomplex auf der Halbinsel Buor Khaya

Lutz Schirrmeister, Georg Schwamborn, Pier Paul Overduin, Jens Strauss, Margret C. Fuchs, Mikhail Grigoriev, Irina Yakshina, Janet Rethemeyer, Elisabeth Dietze, and Sebastian Wetterich

Biogeosciences, 14, 1261-1283, 2017 doi:10.5194/bg-14-1261-2017

Kurzfassung: In dieser Studie untersuchen wir den spätpleistozänen Permafrost an der Westküste der Buor-Khaya-Halbinsel der südlich-zentralen Laptev-See (Sibirien). Zwei Yedoma-Aufschlüsse und ein Bohrkern wurden für kryolithologische, geochemische und geochronologische Parameter untersucht. Die Yedoma Ablagerungen, wie durch Radiokohlenstoffdatierungen gezeigt, fand zwischen 54 100 und 30 100 Jahren vor heute (yrsBP) statt. Kontinuierliche Yedoma Deposition bis etwa 14 700 yrsBP zeigen Datierungen von Einkeilen. Für den untersten und ältesten Yedoma konnten wir mit Infrarot-stimulierter Lumineszenz-Datierung von Feldspat auf Ablagerungsalter zwischen 51 100 ± 4 900 und 44 200 ± 3 600 yrsBP schließen. Das kryolithologische Erscheinungsbild ist ähnlich dem des Yedoma der Umgebung, zum Beispiel im Westen auf der Bykovsky-Halbinsel. Ablagerungszeiten und Ablagerungsbedingungen waren hier ähnlich. Aufgrund der Küstenerosion stellt die biogeochemische Signatur des untersuchten Yedoma das terrestrische Endmember der organischen Substanz dar, die derzeit im marinen Bereich des Laptev-Schelfmeeres abgelagert wird.

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