Permafrost–Archive und quartäre Umweltrekonstruktion in der terrestrischen Arktis

Die Entwicklung, Stabilität und die Degradation von Permafrost war in der jüngeren quartären Erdgeschichte der letzten 2 Mio. Jahre immer an die natürlichen Klimaschwankungen der Kalt- und Warmzeiten gebunden. Kaltzeiten waren dabei die Perioden weiträumiger Permafrostaggradation. Warmzeiten waren durch flächenhafte Permafrostdegradation gekennzeichnet.

In einem multidisziplinären Forschungsansatz werden in gemeinsamen deutsch-russischen, deutsch-kanadischen und deutsch-amerikanischen Projekten seit drei Jahrzehnten die Permafrostdynamik und die quartäre Umweltdynamik zirkumarktisch untersucht.

Eigenschaften von Sedimenten und Eisgefüge darin informieren darüber, wie sich die Permafrostablagerungen gebildet haben. Eiskeile können etwas über die Zusammensetzung der Winterniederschläge vor tausenden oder zehntausenden Jahren sagen. Pollen und Pflanzensamen geben Auskunft über Vegetationsveränderungen in Abhängigkeit von Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen. Aus Insektenresten, Säugetierknochen, Diatomeen, Ostrakoden, schalentragenden Amöben, Muschel- oder Schneckenschalen lassen sich die vergangene Umwelt und ihre Veränderungen rekonstruieren, da sich viele Lebewesen an die speziellen Bedingungen angepasst haben.

Andere langfristige Klima- und Umweltarchive wie polare Eiskappen, marine oder limnische Sedimentabfolgen stehen in den riesigen Gebieten arktischen Festlandes kaum zur Verfügung. Daher sind Permafrostabfolgen die einzigen weit in die quartäre Vergangenheit reichenden Sequenzen, die zugänglich sind und das weltweite Netz der Umweltarchive ergänzen.

Es lässt sich erkennen, wie die empfindlichen arktischen Landschaften und die darin lebenden Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen auf Klimaerwärmungen und Abkühlungen der Vergangenheit reagiert haben. So ergibt sich ein Mosaik an Informationen unterschiedlicher Genauigkeit, zeitlicher und räumlicher Auflösung, das es ermöglicht, zum einen aus den Umweltreaktionen auf die klimatischen Verhältnisse zu schließen, und zum anderen die Reaktionen der arktischen Umwelt und der periglazialen Ökosysteme auf globale Klimavariationen zu beobachten. Daraus lassen sich Schlussfolgerungen für die zukünftig zu erwartenden Veränderungen ziehen, wenn z.B. die heute erkennbaren Trends der globalen Erwärmung anhalten.

Die Untersuchungen sind Teil des Helmholtz Forschungsprogramms „Die Erde im Wandel - unsere Zukunft erhalten“, Subtopic 5.3 „Natürliche Dynamik des terrestrischen Systems der Erdoberfläche“.