Tauender Permafrost: In arktischen Flussdeltas schlummert eine Klima-Zeitbombe

Eine Tiefkühltruhe hält Lebensmittel oft jahrelang frisch. Solange die Temperatur niedrig bleibt, passiert kaum etwas. Wird der Strom abgeschaltet, beginnt der Inhalt zu tauen. Mikroorganismen werden aktiv, zersetzen das Material und setzen Gase frei.

Ähnlich funktioniert ein riesiger Speicher im hohen Norden der Erde. In den Böden arktischer Flussdeltas lagern seit Jahrtausenden abgestorbene Pflanzenreste, eingeschlossen in gefrorenem Boden. Mit steigenden Temperaturen verliert dieser natürliche Eisschrank jedoch seine Stabilität. Stoffe, die lange konserviert waren, werden für Mikroben erreichbar.

Besonders brisant ist die Menge. In Deltas großer arktischer Flüsse wie der Lena in Russland, des Mackenzie River in Kanada und des Kobuk River in Alaska lagern gewaltige Kohlenstoffvorräte. Wenn der Permafrost in der Arktis taut, kann daraus auch ein CO₂-Problem werden. Das Alfred-Wegener-Institut (AWI) hat diesen lange unterschätzten Speicher nun genauer beziffert.

Tauender Permafrost in der Arktis kann zur CO₂-Quelle werden

Das Team um den AWI-Postdoc Matthias Fuchs, inzwischen an der University of Colorado Boulder, wertete mehr als 1.600 Bodenproben aus 17 arktischen Flussdeltas aus. So entstand erstmals eine umfassende Bilanz: Auf knapp 100.000 Quadratkilometern lagern rund 57,5 Gigatonnen Kohlenstoff und etwa 3,8 Gigatonnen Stickstoff.

Die Fläche entspricht ungefähr Südkorea oder dem Doppelten Niedersachsens. Trotzdem befinden sich dort rund fünf Prozent des gesamten Permafrost-Kohlenstoffs der Erde. Auch der Stickstoff zählt, weil er Nährstoffkreisläufe in Böden, Flüssen und Küstengewässern verändern kann.

Lange schauten Klimaforscher vor allem auf gefrorene Landflächen im Inneren der Arktis. „Ein Bereich wurde dabei allerdings bisher etwas vernachlässigt: die Deltas der kleinen und großen arktischen Flüsse“, sagt Guido Grosse, Leiter der Sektion Permafrostforschung am AWI. „Genau diese Mündungsbereiche speichern eigentlich langfristig sehr viel von den Flüssen gelieferten Kohlenstoff in gefrorenen Böden und Sedimenten.“

Mehrere Veränderungen treffen die Deltas gleichzeitig

Die Gefahr entsteht nicht durch einen einzelnen Faktor. Vielmehr verändern sich die Deltas von mehreren Seiten gleichzeitig: Das Meereis zieht sich zurück. Der Meeresspiegel steigt. Flüsse transportieren wärmeres Wasser. Die frostfreie Jahreszeit dauert länger. Zudem sacken manche Küstenabschnitte langsam ab.

„Sämtliche destabilisierende Faktoren treffen in den ohnehin sehr dynamischen arktischen Deltas aufeinander“, erklärt Grosse. Dadurch verändern sich nicht nur Landschaften. Auch die Bedingungen im Boden wandeln sich. Material, das über Jahrtausende tiefgefroren blieb, wird für Mikroorganismen zunehmend erreichbar.

Mikroben kommen an uralte Vorräte ran

Mit steigenden Temperaturen werden die jahrtausendelang eingefrorenen Pflanzenreste zunehmend bioverfügbar. Das bedeutet, dass Mikroorganismen leichter an das organische Material gelangen und es zersetzen können. Dabei entstehen Kohlendioxid und Methan – zwei Treibhausgase, die die Atmosphäre zusätzlich erwärmen.

Die gewaltigen Vorräte würden so künftig stärker in den natürlichen Kohlenstoffkreislauf zurückkehren.

Warum 57,5 Gigatonnen Kohlenstoff so bedeutsam sind

Durch menschliche Aktivitäten wächst der Kohlenstoffgehalt der Atmosphäre derzeit jedes Jahr um etwa 4,5 Gigatonnen. In den arktischen Flussdeltas lagern dagegen rund 57,5 Gigatonnen Kohlenstoff. Die Speicher enthalten also mehr als das Zwölffache dieses jährlichen Zuwachses.

Noch bemerkenswerter ist die Flächeneffizienz. Auf nur einem Prozent der globalen Permafrostfläche befinden sich etwa fünf Prozent des dort gebundenen Kohlenstoffs. Bezieht man alle Böden der Erde ein, speichern die arktischen Deltas rund zwei Prozent des weltweiten Bodenkohlenstoffs auf lediglich 0,08 Prozent der globalen Bodenfläche.

„Damit ist klar, dass die arktischen Deltas aktuell ein besonders kritisches Element im globalen Kohlenstoffkreislauf sind“, erklärt Grosse.

Kurz zusammengefasst:

• Arktische Flussdeltas speichern auf nur einem Prozent der weltweiten Permafrost-Fläche rund fünf Prozent des dort gebundenen Kohlenstoffs.
• Taut der Permafrost, werden alte Pflanzenreste für Mikroorganismen erreichbar; dabei werden Kohlendioxid und Methan freigesetzt.
• Die Deltas geraten gleichzeitig durch wärmere Flüsse, längere Tauzeiten, steigenden Meeresspiegel, weniger Meereis und Küstenerosion unter Druck.

Übrigens: Die Folgen tauenden Permafrosts lassen sich in Alaska bereits mit bloßem Auge erkennen: Im Einzugsgebiet von Flüssen wie Agashashok, Kugururok und Salmon färben sich ganze Gewässer rostorange. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Alfred-Wegener-Institut / Benjamin Jones / University of Alaska Fairbanks