Tauender Permafrost: Warum neue Gräser mehr Treibhausgase freisetzen

Auf tauendem Permafrost verändert sich mehr als nur der Boden. In vielen Regionen der Arktis breiten sich neue Pflanzen aus – vor allem Gräser auf nassen Moorflächen. Sie nehmen im Sommer viel Kohlendioxid auf, treiben gleichzeitig aber den Ausstoß von Methan stark nach oben. Dieser Effekt lässt sich aus neuen Daten aus Nordschweden ablesen: Nicht nur der auftauende Boden selbst beeinflusst das Klima, sondern auch die Pflanzen, die danach dort wachsen.

Eine Studie der Universität Tübingen liefert dazu nun konkrete Zahlen aus einem der wichtigsten Forschungsgebiete für Permafrost in Nordschweden. Untersucht wurde das Stordalen-Moor nahe Abisko. Dort zeigt sich, wie sich mit dem Auftauen des Bodens auch die Vegetation verändert.

Gräser verdrängen Sträucher – und verändern die Bilanz spürbar

Im Laufe der Jahre wandeln sich die Flächen deutlich. Trockene Torfhügel mit niedrigen Sträuchern werden zu feuchten Mooren und später zu nassen, teils überstauten Bereichen. Mit dem Wasser kommen neue Pflanzen. Torfmoose breiten sich aus, danach folgen Gräser wie Wollgräser und Seggen.

Dieser Wechsel wirkt sich direkt auf die Treibhausgase aus. Die Forscher beobachteten, dass Gräser in aufgetauten Böden deutlich mehr Methan freisetzen als andere Pflanzenformen. In manchen Bereichen stiegen die Emissionen des Klimagases um das 4,4-Fache, in besonders nassen Zonen sogar um das 6,8-Fache. Im Vergleich zu Flächen ohne Gefäßpflanzen nahmen die Emissionen insgesamt um das Siebenfache zu.

Auch beim Kohlendioxid gab es Veränderungen. In Mooren lag die CO₂-Abgabe aus dem Boden mit Gräsern 3,7-mal höher als ohne, in nassen Marschen 2,3-mal höher. Entscheidend ist jedoch nicht jeder einzelne Wert, sondern die Gesamtwirkung.

Warum tauender Permafrost verstärkt Treibhausgase freisetzt

Gräser wachsen schnell und betreiben im Sommer intensive Fotosynthese. Dabei nehmen sie viel Kohlendioxid aus der Luft auf. Auf den ersten Blick wirkt das wie ein Vorteil für das Klima. Doch dieser Effekt hält nicht lange. Methan spielt hier eine zentrale Rolle. Dieses Gas wirkt über 100 Jahre gerechnet etwa 27-mal stärker als Kohlendioxid. Schon ein vergleichsweise kleiner Anstieg kann daher große Folgen haben.

Die Messungen zeigen: Rechnet man Methan in CO₂-Äquivalente um, kippt die Bilanz. Flächen mit vielen Gräsern wurden über die gesamte Vegetationsperiode hinweg zu einer Nettoquelle von Treibhausgasen. In der Spitze lag der Effekt bis zum 8,9-Fachen über Flächen ohne solche Pflanzen.

„Doch mit dem Fortschreiten der Wachstumssaison nahmen die Methanemissionen bei den Gräsern zu, am höchsten waren die Werte in der Regel im Spätsommer. Insgesamt übertrafen sie die positiven Effekte der Kohlendioxidspeicherung bei Weitem“, sagt Professorin Marie Muehe von der Universität Tübingen.

Im Spätsommer steigt der Ausstoß besonders stark

Die entscheidende Phase beginnt gegen Ende des Sommers. Zwischen Juni und August nehmen die Pflanzen noch viel Kohlendioxid auf. Danach verändert sich das System. Die Böden bleiben nass und enthalten wenig Sauerstoff. Gleichzeitig geben die Wurzeln der Gräser leicht verfügbare Kohlenstoffverbindungen ab. Mikroorganismen nutzen diese Stoffe und produzieren verstärkt Methan.

Hinzu kommt ein besonderer Effekt der Pflanzen selbst. Viele Gräser besitzen luftleitende Gewebe. Über diese Strukturen kann Methan direkt aus dem Boden in die Atmosphäre gelangen. In den untersuchten Mooren war dieser Transport für einen Großteil der Emissionen verantwortlich – in manchen Bereichen für bis zu 80 Prozent.

Im Herbst verschärft sich die Lage weiter. Die Fotosynthese lässt nach, Pflanzen sterben ab und setzen zusätzlich Kohlendioxid frei. Laut den Daten aus Tübingen stiegen die Treibhausgasemissionen in dieser Phase insgesamt um das Neunfache.

„Permafrostböden werden typischerweise beim Auftauen zur Kohlenstoffquelle, wobei Gräser diesen Kohlenstoffausstoß zum Ende der Wachstumsperiode zusätzlich erhöhen können“, sagt Muehe.

Warum die Ergebnisse für das Klima entscheidend sind

Permafrostböden gehören zu den größten Kohlenstoffspeichern der Erde. Sie enthalten laut Angaben der Universität Tübingen fast die Hälfte des weltweit im Boden gebundenen Kohlenstoffs. Wenn diese Reserven freigesetzt werden, hat das globale Folgen.

Die Studie macht deutlich, dass nicht nur das Auftauen selbst entscheidend ist. Ebenso wichtig ist, welche Pflanzen danach die Flächen besiedeln. Gräser können die Freisetzung von Treibhausgasen verstärken und den Klimawandel damit weiter antreiben. Das hat auch Konsequenzen für Prognosen. Klimamodelle müssen künftig stärker berücksichtigen, wie sich Vegetation im Jahresverlauf verändert und wie sie mit Bodenprozessen zusammenwirkt.

„Der Einfluss pflanzenbedingter Prozesse im Jahresverlauf kann dazu beitragen, dass sich auftauende Permafrostgebiete noch stärker und schneller als bisher angenommen von einer Kohlenstoffsenke zu einer Kohlenstoffquelle verwandeln“, sagt Marie Mollenkopf, Erstautorin der Studie. Mehr Grün bedeutet somit nicht automatisch Entlastung für das Klima. Unter bestimmten Bedingungen kann es genau den gegenteiligen Effekt haben.

Kurz zusammengefasst:

• Auf tauendem Permafrost wachsen oft neue Gräser – und diese setzen zusätzliche Treibhausgase frei.
• Die Pflanzen nehmen zwar CO₂ auf, fördern in nassen Böden aber zugleich viel Methan, ein deutlich stärkeres Treibhausgas.
• Entscheidend ist deshalb nicht nur, dass Permafrost taut, sondern auch, welche Pflanzen danach dort wachsen.

Übrigens: Während neue Gräser auf tauendem Permafrost die Treibhausgasbilanz verschieben, tüfteln Forscher schon am nächsten Pflanzen-Extremfall – dem Anbau auf dem Mars ganz ohne Erde und klassischen Dünger. Wie Mikroben aus CO₂, Staub und Biomasse einen geschlossenen Nährstoffkreislauf schaffen, der sogar essbare Pflanzen hervorbringt, mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Marie Mollenkopf / Universität Tübingen