Wie viele Treibhausgase sind im Permafrost gespeichert?

Im Permafrost sind große Mengen Kohlenstoff gebunden. Dieser wird beim Auftauen zu Kohlendioxid und Methan. Wie entstehen diese Treibhausgase? Wie viel Kohlenstoff ist im gefrorenen Boden gespeichert? Wie trägt er zum Klimawandel bei? Und wie viel Permafrost wird im Verlauf der Erderwärmung noch auftauen? Dieser Beitrag beantwortet alle wichtigen Fragen.

Kapitel in diesem Beitrag

Wie viel Kohlenstoff ist im Permafrost gespeichert?
Wie setzt der auftauende Permafrost Treibhausgase frei?
Wie hat sich der Permafrost in den letzten Jahrzehnten verändert?
Prognosen: Wie schnell wird der Permafrost auftauen?
Weitere Folgen des auftauenden Permafrostbodens

Wie viel Kohlenstoff ist im Permafrost gespeichert?

Etwa ein Viertel der gesamten Landfläche unseres Planeten ist Permafrost. Das bedeutet, dass der Boden hier das ganze Jahr über gefroren ist. Zu den Permafrostgebieten der Erde zählen große Teile Russlands, Kanadas, Alaskas und westliche Gebiete Chinas. Auch in antarktischen Regionen und sogar in den Alpen gibt es Permafrost, allerdings global betrachtet nur sehr wenig. Die Permafrostgebiete in der Antarktis sind klein, da das Festland noch zu über 99 Prozent vollständig mit Eis bedeckt ist.

Wichtig: Kohlenstoff ist ein Grundbaustein für organische Substanz. Permafrostböden sind natürliche Kohlenstoffsenken. In ihnen ist das organische Material aus etlichen Jahrtausenden konserviert. Manche Permafrostgebiete sind seit 650.000 Jahren dauerhaft gefroren. Sie gleichen einer Tiefkühltruhe, in der zahlreiche Überreste von Pflanzen und Tieren zu finden sind.

Die Werte dafür, wie viel Kohlenstoff im Permafrost gebunden ist, variieren. Laut dem IPCC-Bericht aus dem Jahr 2001 speichern die Permafrostböden der Nordhalbkugel 455 Gigatonnen Kohlenstoff, was etwa 25 Prozent des weltweiten Bodenkohlenstoffs entspricht. Das Alfred-Wegener-Institut (AWI) rechnet sogar mit bis zu 1.500 Gigatonnen Kohlenstoff – mehr als dreimal so viel.

Wie setzt der auftauende Permafrost Treibhausgase frei?

Aber wie verwandelt sich der in großen Mengen gespeicherte Kohlenstoff im Permafrost nun in Treibhausgase? Diese sind nämlich nicht direkt im gefrorenen Boden gespeichert, sondern entstehen erst, wenn der Permafrost auftaut.

Durch das Einfrieren des organischen Materials im Untergrund wurden die natürlichen Abbauprozesse unterbrochen. Die Pflanzen und auch Tiere im Permafrost konnten nicht von Mikroorganismen zersetzt werden. Beim Auftauen des seit Jahrtausenden gefrorenen Bodens wird genau dieser Prozess nachgeholt.

Der Abbau des aufgetauten organischen Materials kann auf zwei Wegen vonstattengehen:

Wenn die pflanzlichen und tierischen Überreste mit Sauerstoff (also mit Luft) in Berührung kommen, oxidiert der Kohlenstoff zu Kohlendioxid (CO₂).
Wenn kein Sauerstoff zur Verfügung steht, etwa wenn der Boden mit Wasser überstaut ist, setzen anaerobe Fäulnisprozesse ein, bei denen Methan (CH4) freigesetzt wird.

Kohlendioxid und Methan sind beides entscheidende Treibhausgase im Verlauf des Klimawandels. Sie tragen in großem Maße zur Erderwärmung bei. Hier entsteht ein Teufelskreis. Der Klimawandel lässt die Permafrostböden tauen, wodurch weitere Treibhausgase emittiert werden, die die Erderwärmung nur weiter vorantreiben.

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Laut einer Modellrechnung könnten sich allein die Methan-Emissionen der nördlichen Feuchtgebiete um bis zu 38 Prozent erhöhen, wenn der Permafrost nur bis zu einer Tiefe von 10 Zentimetern schmilzt – also nur die äußerste Auftauschicht betroffen ist. Die Beschleunigung des Klimawandels würde dazu führen, dass der Methan-Ausstoß der Permafrostböden zum Ende des Jahrhunderts auf 51 Gigatonnen pro Jahr steigt (Zhuang et al., 2004).

Wissenswert: In Permafrostgebieten ist der Boden an einigen stellen bis zu 1.500 Meter tief gefroren.

Wie hat sich der Permafrost in den letzten Jahrzehnten verändert?

Seit den 1960er Jahren sind die Oberflächentemperaturen des Permafrostes um mehrere Zehntel bis 3 Grad Celsius gestiegen. Es gibt bereits Böden, die im Sommer auftauen und im Winter auch nicht wieder einfrieren. Das führt zur endgültigen Zerstörung des Permafrostbodens und zur Freisetzung von Kohlendioxid und Methan. Zu den genauen Temperaturanstiegen gibt es folgende Werte:

In Nordalaska um 2-3 °C (Osterkamp, 2003)
In Nordkanada um 1-2 °C (Smith, S.L. et al., 2005)
In Ostsibirien um 1,3 °C (Romanovsky, 2001)
In Nordwestsibirien um 0,3-0,7 °C (Pavlov, 1996)
In den europäischen Gebirgen um bis zu 1 °C (Harris und Haeberli, 2003)

Prognosen: Wie schnell wird der Permafrost auftauen?

Es gibt verschiedene Modellrechnungen und Szenarien dafür, wie schnell der Permafrost taut und wie groß die bedrohten Flächen sind. Dabei verschiebt sich die südliche Grenze des Permafrostgebietes nach Norden und die Auftauschicht, die nicht mehr einfriert, wird immer dicker.

Im Jahr 2080 könnten bis zu 35 Prozent des Permafrostes auf der nördlichen Hemisphäre verschwunden sein, wobei sich die Auftauschicht um bis zu 50 Prozent vertieft (Anisimov und Nelson, Arctic Climate Impact Assessment, 2004).

Weitere Folgen des auftauenden Permafrostbodens

Neben der Freisetzung von Treibhausgasen gelangen durch das Auftauen des Permafrostbodens auch Umweltgifte in die Natur und damit in Nahrungsketten. Im Untergrund sind zum Beispiel große Mengen an Quecksilber gespeichert.

Durch das Auftauen und damit verbundene Weichwerden des Untergrundes, sackt der Boden vielerorts ab, was Siedlungen und Infrastruktur gefährdet. Bis 2050 könnte die Hälfte aller Gebäude und Infrastruktur-Einrichtungen in Permafrostgebieten von Schäden verschiedener Schweregrade betroffen sein (Hjort et. al., 2022).