Hintergrund

Die Landflächen der Nordhalbkugel der Erde sind zu ungefähr einem Viertel durch dauerhaft gefrorene Böden gekennzeichnet. Die starke Klimaerwärmung, insbesondere in der Arktis, führt zum Auftauen des Permafrostbodens. Durch das Auftauen werden unterschiedliche Prozesse in Gang gesetzt, die die Landschaften der Arktis zunehmend verändern. Durch den Rückgang des Permafrosts werden Wärme- und Wasserkreislauf der arktischen Ökosysteme stark beeinträchtigt. Zugleich werden durch das Auftauen gewaltige Kohlenstoff- und andere Nährstoffspeicher dem mikrobiellen Abbau ausgesetzt. Durch diesen Abbauprozess werden in den Böden Treibhausgase produziert, die – wenn in größeren Mengen freigesetzt – eine verstärkte Klimaerwärmung nach sich ziehen. Zusätzlich nimmt die Stabilität des Bodens durch das Auftauen ab. Die damit einhergehende Erosion verlagert viel Bodenmaterial und kann zur Umformung ganzer Landschaften führen.

Diese Veränderungen bedrohen sowohl das Gleichgewicht der arktischen Ökosysteme, als auch die Stabilität von Infrastrukturen, die für das Leben und Wirtschaften in der Arktis wichtig sind. Infrastrukturen wie Versorgungsstraßen, Flughäfen, Pipelines, Kraftstoffspeicher, sowie eine Vielzahl anderer Bauten sind direkt auf dem dauer-gefrorenen und damit temperaturempfindlichen Untergrund errichtet. Auch Offshore-Aktivitäten und die Schifffahrt in arktischen Gebieten sind von Infrastrukturen wie z. B. Häfen in Permafrostregionen abhängig. Die Sicherheit dieser Infrastrukturen ist unmittelbar von dem Auftauen des Permafrostes und den damit einhergehenden Erosionsprozessen bedroht. Eine zuverlässige und zeitnahe Beurteilung der Risiken der Klimaerwärmung ist daher sowohl für die arktischen Ökosysteme, als auch für arktische Infrastrukturen von entscheidender Bedeutung.

 

 

Das Projekt

Ziel unseres Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines neuen Modells zur Simulation von Erosions- und Massenbewegungsprozessen in Permafrostlandschaften. Landoberflächenmodelle, mit denen Prozesse in Permafrostlandschaften bisher simuliert werden, sind noch nicht in der Lage, Erosions- und Massenbewegungsprozesse darzustellen. Aktuelle Modellrechnungen zur zukünftigen Entwicklung des Permafrostes sind daher mit erheblichen Unsicherheiten belegt. Folgende Forschungsfragen sind bislang nicht beantwortet und stehen im Mittelpunkt unseres Projekts:

  • Wie verändert sich die Intensität von Erosion und Massenbewegungen durch die Klimaerwärmung?
  • Welche Auswirkungen werden Erosion und Massenbewegungen zukünftig auf Infrastruktur und Ökosystemfunktionen wie die Bereitstellung von Energie, Wasser und Nährstoffen in der Arktis haben?
  • Welche Wechselwirkungen sind zwischen Erosionsprozessen und dem Klima zu erwarten?

Um diese Fragen zu beantworten, werden wir das, vom Alfred-Wegener-Institut in Kooperation mit der Universität Oslo entwickelte, Modell CryoGrid3 erweitern und verbessern. Für die Modellentwicklungen nutzen wir sowohl Feldmessungen, als auch Satellitendaten von drei Untersuchungsstandorten in Alaska, Kanada und Sibirien.

Mit Hilfe des verbesserten Modells werden wir detaillierte Einblicke in die Erosions- und Massenbewegungsprozesse der Untersuchungsstandorte gewinnen und infolgedessen solidere Strategien zur Vermeidung zukünftiger Schäden an Gebäuden, Straßen, und anderen Infrastrukturen ermöglichen. Wir möchten außerdem ein neues Werkzeug zur Abbildung (bisher unberücksichtigter) Risiken durch zukünftige Permafrostdegradation bereitstellen, welches sowohl in regionalen als auch in globalen Klimamodellen verwendet werden kann. Schließlich können diese Risikoanalysen zu Veränderungen in den Energie-, Wasser- und Nährstoffkreisläufen neue Erkenntnisse zur Klimasensibilität der Arktis und möglicher Klimarückkopplungsmechanismen liefern.

Team

Thomas Schneider

Soraya Kaiser

Stephan Jacobi

Tarek Kemper

Alexander Oehme