Hintergrund

Fast ein Viertel der Landfläche auf der Nordhalbkugel ist durch dauerhaft gefrorenen Boden geprägt. Dieser sogenannte Permafrost ist besonders stark von der Klimaerwärmung betroffen und taut zunehmend auf. Diese Degradation des Permafrosts beeinträchtigt einerseits den Wärme- und Wasserkreislauf der arktischen Ökosysteme. Andererseits wird durch das Auftauen bisher gespeicherter Kohlenstoff freigesetzt und kann so von Mikroorganismen zersetzt werden. Infolgedessen werden Treibhausgase in den Böden produziert, welche wiederum die Klimaerwärmung verstärken, wenn sie in die Atmosphäre gelangen. Das Auftauen des Permafrosts führt außerdem zu einer Destabilisierung des Bodens. 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 Infrastruktur, die für das Leben und Wirtschaften in der Arktis wichtig sind. Versorgungsstraßen, Häfen, Pipelines, Flughäfen und Kraftstoffspeicher sind in der Arktis oftmals direkt auf dem dauergefrorenen und damit temperaturempfindlichen Untergrund errichtet. Die Sicherheit dieser Anlagen ist unmittelbar vom Auftauen des Permafrostes bedroht. Eine zuverlässige und zeitnahe Risikobeurteilung der Folgen der Klimaerwärmung ist daher sowohl für die arktischen Ökosysteme, als auch für die lokale Bevölkerung 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 insbesondere auf die Bereitstellung von Energie, Wasser und Nährstoffen 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. Dabei berücksichtigen wir sowohl Feldmessungen, als auch Satellitendaten von drei Untersuchungsstandorten in Alaska, Kanada und Sibirien.

 

 

Beitrag zum Umgang mit dem Klimawandel und der nachhaltigen Entwicklung der Arktis

Das verbesserte Modell wird uns tiefere Einblicke in die Erosions- und Massenbewegungsprozesse an den Untersuchungsstandorten erlauben. Mit den gewonnenen Erkenntnissen können zukünftige Risiken genauer beurteilt und solide Strategien zur Vermeidung von Schäden an Infrastrukturanlagen in der Arktis entwickelt werden. Damit können unsere Forschungsergebnisse dabei helfen, die negativen Auswirkungen der rasanten Klimaerwärmung für die lokale Bevölkerung und die Wirtschaft in der Arktis zu reduzieren.

Das langfristige Ziel unseres Projekts ist die Weiterentwicklung regionaler und globaler Klimasimulationen, um die Risiken der Permafrostdegradation auch unter unterschiedlichen Erwärmungsszenarien besser beurteilen zu können. Detaillierte Analysen zu Veränderungen in den Energie-, Wasser- und Nährstoffkreisläufen helfen uns, die Klimasensibilität der arktischen Ökosysteme besser zu verstehen und erlauben die Entwicklung nachhaltiger Schutzmaßnahmen.