Permafrost taut auf – Alaskas Flüsse werden orange und transportieren Metalle über 100 Kilometer weit

Tauender Permafrost setzt in Alaska Säuren und Metalle frei. Einige Belastungen lassen sich noch über 100 Kilometer flussabwärts messen.

Aus klaren Gebirgsbächen werden in Alaska plötzlich rostorange Wasserläufe. Wo früher nahezu unberührtes Wasser floss, treten heute saure Quellen aus tauendem Permafrost aus und spülen Metalle in ganze Flusssysteme. Zink, Nickel, Cadmium und andere Stoffe lassen sich noch mehr als 100 Kilometer flussabwärts in deutlich erhöhten Konzentrationen nachweisen. Selbst dort, wo das Wasser längst wieder weniger sauer ist, sind die Metalle noch nicht verschwunden.

Die orangefarbenen Flüsse in Alaska beschäftigen Wissenschaftler schon seit einigen Jahren. Bereits 2024 war klar, dass tauender Permafrost saure, metallreiche Wässer freisetzt. Forscher der University of California, Davis (UCD) haben nun sechs betroffene Einzugsgebiete untersucht. Ihre Studie im Fachjournal AGU Advances beschreibt erstmals genauer, wie stark die Wasserchemie verändert wird und wie weit sich die Belastung durch die Flusssysteme zieht.

Orange Flüsse in Alaska transportieren Metalle erstaunlich weit

Besonders extrem war das Wasser an einigen Sickerstellen am Hang. Dort sank der pH-Wert bis auf 2,57, während unbelastete Flussabschnitte bei etwa pH 8 lagen. Bei einzelnen Metallen lagen die Konzentrationen sogar tausendfach über denen unbelasteter Flussabschnitte. Vereinzelte Proben erreichten damit Werte, wie sie von stark belastetem saurem Grubenwasser bekannt sind.

„Das ist sehr saures, metallhaltiges Wasser“, sagt Studienautor Brett Poulin von der UC Davis. Besonders problematisch ist nicht allein die Konzentration direkt an den Austrittsstellen. Im Salmon River blieben mehrere Stoffe über große Entfernungen erhöht. Teilweise lagen ihre Konzentrationen noch mehr als 100 Kilometer flussabwärts bis zu 70-mal über dem Wert des unbelasteten Ausgangswassers.

Dabei reagiert der Hauptfluss erstaunlich robust auf die Säure. Sein pH-Wert sank trotz der Zuflüsse nicht deutlich ab. Mineralien im Wasser können einen Teil der Säure neutralisieren. Poulin sieht darin eine gewisse Widerstandskraft des Flusssystems. Für die Metalle gilt das jedoch nur eingeschränkt. Einige bleiben gelöst oder werden an winzige Partikel gebunden und weitertransportiert.

Warum der Permafrost Metall und Säure freisetzt

Hinter der orangefarbenen Verfärbung steckt eine chemische Reaktion im Untergrund. Steigende Temperaturen lassen den Permafrost tiefer auftauen. Wasser gelangt dadurch in Gesteinsschichten, die zuvor dauerhaft gefroren waren. Dort trifft es auf Sulfidminerale. Bei deren Oxidation entstehen Säure, Sulfat und verschiedene Metalle. Eisen sorgt schließlich für die auffällige rostige Farbe.

Die Messungen veranschaulichen die Unterschiede besonders deutlich:

Sickerwasser erreichte pH-Werte bis 2,57.
Der Sulfatgehalt lag im Median bei 3025 Milligramm pro Liter und erreichte maximal 8300 Milligramm.
Rund 97 Prozent der Metalle in den Sickerstellen passierten einen 0,45-Mikrometer-Filter.
Mehr als 200 Flüsse und Bäche in der Brooks Range gelten inzwischen als möglicherweise betroffen.

Der Wandel begann offenbar um 2019

Langjährige Messreihen grenzen den Beginn der auffälligen Veränderungen weiter ein. In zwei untersuchten Einzugsgebieten stiegen Sulfat- und Zinkkonzentrationen zwischen 2019 und 2020 abrupt an. Einzelne Werte erhöhten sich um bis zu 263 Prozent. Dieser Zeitraum folgte auf außergewöhnlich warme und schneereiche Bedingungen in Alaska.

Viel Schnee kann den Boden im Winter wie eine Isolierschicht bedecken. Dadurch friert er weniger tief durch. Gleichzeitig lassen warme Sommer den Permafrost stärker auftauen. „Wir glauben, dass Wasser durch das Auftauen des Bodens tiefer eindringen konnte und dort mit diesen Mineralien reagierte“, sagt Erstautorin Taylor Evinger von der UC Davis.

Ein Filter aus einer betroffenen Sickerstelle färbt sich leuchtend orange – sichtbar werden dabei die eisenreichen Ablagerungen aus dem Wasser. © Taylor Evinger/UC Davis. — © Taylor Evinger/UC Davis Ein Filter aus einer betroffenen Sickerstelle färbt sich leuchtend orange – sichtbar werden dabei die eisenreichen Ablagerungen aus dem Wasser. © Taylor Evinger/UC Davis

Die Belastung nimmt teilweise wieder ab

Seit dem starken Anstieg gingen Sulfat- und Zinkwerte in einigen Messreihen wieder zurück. Warum, lässt sich bislang nicht eindeutig erklären. Möglich sind Veränderungen der unterirdischen Wasserwege oder ein begrenzter Vorrat besonders reaktiver Minerale. Die Entwicklung verläuft damit nicht überall gleich und auch nicht zwangsläufig dauerhaft in eine Richtung.

Bislang gibt es nach Angaben der UC Davis keine bekannten Fälle, in denen diese natürlichen sauren Abflüsse Menschen geschädigt oder großflächige Fischsterben ausgelöst hätten. Die Wasserchemie gibt dennoch Anlass zu weiteren Untersuchungen. Nickel, Zink und Cadmium können für Wasserorganismen problematisch werden. Wie groß das Risiko tatsächlich ist, hängt jedoch von Konzentration, chemischer Form und den jeweiligen Bedingungen im Fluss ab.

„Diese Flüsse sind praktisch unberührt, und trotzdem passiert das hier“, sagt Evinger. Für sie ist vor allem die wachsende Zahl betroffener Gewässer auffällig. Was zunächst an einzelnen rostfarbenen Bächen sichtbar wurde, lässt sich inzwischen über ganze Flusssysteme verfolgen.

Kurz zusammengefasst:

Tauender Permafrost bringt in Alaska saures, metallreiches Wasser hervor und färbt bislang klare Flüsse rostorange.
Im Salmon River blieben Sulfat sowie Eisen, Zink, Nickel und Cadmium noch mehr als 100 Kilometer flussabwärts deutlich erhöht.
Der Hauptfluss kann einen Teil der Säure abpuffern, doch die Metalle werden trotzdem über große Entfernungen weitertransportiert.

Übrigens: Tauender Permafrost verändert nicht nur Flüsse, sondern auch die Pflanzenwelt – und kann dadurch zusätzliche Treibhausgase freisetzen. Mehr dazu in unserem Artikel.