COPER - AWI

Erosion von Permafrostküsten und Ökosystemauswirkungen

A scientist standing in front of an ice-rich permafrost exposure in the coastal zone of Herschel Island, Yukon Territory, Canada. These ice bodies in the permafrost are rapidly eroded by the sea in the coastal zone. Photo: Michael Fritz — Küsten Erosion auf Herschel Island, Kanada

Etwa 34% der weltweiten Küsten sind durch arktischen Permafrost geprägt und reagieren besonders sensibel auf Klimaveränderungen. Die gefrorenen Steilufer verlieren ihren Zusammenhalt, der durch die permanent gefrorene Matrix gewährleistet wird, sobald sie mit Meerwasser in Kontakt kommen und werden schnell durch eintreffende Wellen abtransportiert.

Im Zuge der zu erwartenden Erwärmung in der Arktis, welche ungefähr doppelt bis viermal so hoch eingeschätzt wird wie im globalen Durchschnitt, werden auch günstige Bedingungen für Küstenerosion geschaffen werden. Die Auswirkungen dieser verstärkten Küstenerosion sind vielfältig und beinhalten Bedrohung von Infrastruktur und Veränderungen im küstennahen Nahrungsnetz durch den Eintrag von Sediment und organischen Stoffen in den Ozean. Überblicksartige Studien zur Küstenerosion in der Arktis existieren; jedoch fehlt bislang ein umfassendes Verständnis über die lokalen Prozesse und verhindert damit jegliche Abschätzung über Erosionsraten in der Zukunft. Daher sind Prozessstudien und hochauflösende Untersuchungen zur räumlichen Variabilität von Sedimentverteilung und Gehalt organischen Materials notwendig, um das Reaktionsverhalten arktischer Küsten auf Umweltveränderungen zu verstehen. Dieses Verständnis ist unerlässlich, um die Menge des erodierten Sediments und des organischen Materials genauer beziffern zu können.

Das Projekt

COPER steht für "Coastal permafrost erosion, organic carbon and nutrient release in the Arctic nearshore zone". Mit einem geografisch und zeitlich integrierten Forschungsansatz widmet sich dieses Projekt der beschriebenen Problemstellung, um die Geschwindigkeit und den Charakter von Sediment- und organischem Stofftransport in die arktische Küstenzone festzustellen und zu bewerten, indem es sich auf das aktuelle Erosionsverhalten in der Kanadischen Beaufortsee stützt.
In den letzten 19 Jahren dient Qikiqtaruk Herschel Island als Hauptfokus unserer Expeditionen, mit weiteren Standorten entlang der Yukon Küste. Qikiqtaruk ist die einzige arktische Insel von Yukon, Kanada, und liegt in der Beaufortsee. Mit verschiedenen sedimentologischen und biogeochemischen Labormethoden sowie durch Luftbildauswertung, Satellitenfernerkundung, Fächerecholot-Bathymetrie, einer Vielzahl weiterer Feldmethoden sowie Interviews sollen:

der Gehalt von partikulärem und gelöstem organischem Material in Permafrostsedimenten und dem darin enthaltenem Grundeis quantifiziert und seine räumliche Variabilität charakterisiert werden,
der Gehalt von Schadstoffen, z.B. Quecksilber, in küstennahen Sedimenten sowie deren mögliche Freisetzungs- und Transportwege quantifiziert werden,
die Geschwindigkeit arktischer Küstenerosion beziffert und die Bedeutung extremer Ereignisse (Stürme) und Thermokarst auf die Sedimentzufuhr in das Meer quantifiziert werden,
die Transportpfade der freigesetzten Sedimente und die Deposition organischen Materials im küstennahen Bereich ermittelt werden, und
die Ökosystemleistungen von Permafrostküsten erfasst und deren Veränderung unter Einfluss des Klimwandels sichtbar gemacht werden

Die Kombination aller Datensätze unter Berücksichtigung von sowohl Küstenerosion als auch Thermokarst ermöglicht es der Gruppe, ein umfassendes Sediment-, Kohlenstoff- und Nährstoffbudget in einer bislang beispiellosen räumlichen und zeitlichen Auflösung zu erstellen. Dieses Sedimentbudget soll dann benutzt werden, um zirkum-arktische Abschätzungen über den Eintrag von organischem Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und Quecksilber in die küstennahe Bereiche treffen zu können und soll damit einen bedeutenden Datensatz für internationale Programme zu geochemischen Budgetbetrachtungen in Küstenregionen liefern. Erstmals sollen außerdem die Ökosystemleistungen von Permafrostküsten sowie deren Veränderung durch Klimawandel aufgezeigt werden.