Herausforderung
Schätzungen gehen davon aus, dass in arktischen Permafrostablagerungen etwa so viel Kohlenstoff eingefroren ist, wie sich derzeit in der Atmosphäre befindet. Permafrosttauen hat dementsprechend das Potential für einen sich selbst verstärkenden Prozess mit dem Klima der Erde. Ein solcher Prozess wird positive Rückkopplung genannt. Hierbei wird beim Tauen Permafrost-Kohlenstoff mobilisiert, mikrobiell zersetzt und in der Form von Treibhausgasen (Kohlendioxid oder Methan) der Atmosphäre zugeführt, was mit weiterer Erwärmung und weiterem Permafrosttauen einhergeht. Bisher existieren noch große Unsicherheiten bei den Abschätzungen, sowohl bei der Gesamtmenge des gespeicherten Kohlenstoffs in Permafrostablagerungen, als auch bei dessen Anfälligkeit für Zersetzung und Mobilisierung. Insbesondere schnelles tiefgreifendes Permafrost-Tauen durch Thermokarstprozesse und die Veränderung solcher Prozesse in einer sich erwärmenden Arktis sind bisher schlecht quantifiziert. Weder die Rückkopplung zwischen Permafrost-Kohlenstoff und Klimasystem, noch die schnellen Tauprozesse sind derzeit in Erdsystemmodellen wie denen des Weltklimarates (IPCC) berücksichtigt.
Projektziele und Ergebnisse
Um bestimmen zu können, auf welche Weise und wie schnell Permafrosttauen das Klima der Erde beeinflussen kann, werden Daten zur räumlichen Verbreitung von Permafrost-Kohlenstoff und dessen Anfälligkeit für schnelle Tauprozesse wie zum Beispiel Thermokarst benötigt. Das PETA-CARB Projekt zielte daher darauf ab, die Menge, Verteilung, sowie Vulnerabilität von tiefen Kohlenstoffspeichern in Permafrost-Ablagerungen zu quantifizieren. Ebenfalls wurde untersucht, wie schnelle Tauprozesse den Permafrostkohlenstoffspeicher auf unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen beeinflussen. Das übergeordnete Projektziel war es, die Vorhersage zukünftiger Interaktionen zwischen Permafrostkohlenstoffspeicher und dem Klima der Erde zu verbessern.
Das ERC PETA-CARB Projekt hat im Oktober 2018 erfolgreich sein offizielles Projekt-Ende erreicht.
Wir haben in den 5 Jahren Projektlaufzeit gemeinsam mit den Kollegen und Kolleginnen im Team, den involvierten Studenten, sowie vielen nationalen und internationalen Kooperationspartnern eine wissenschaftliche Reise angetreten, um die Rolle von Permafrost-Kohlenstoff und schnellen Permafrosttauen für den Kohlenstoffkreislauf besser zu verstehen und zu quantifizieren. Wir danken allen, die dazu beigetragen haben! Viele für das Forschungsfeld wichtige Publikationen und Datensätze sind entstanden. Weitere Publikationen, die ganz oder zum Teil auf den im PETA-CARB Projekt gewonnenen Daten basieren, sind in Arbeit. Zusätzlich haben wir durch die Ehrung unseres abgeschlossenen Projektes mit dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung erstmals verliehenen Ralf-Dahrendorf-Preis für den Europäischen Forschungsraum im Mai 2019 nun zusätzliche Möglichkeiten, unsere Forschungsergebnisse für die Öffentlichkeit so aufzubereiten, dass das Phänomen Permafrost im Wandel und seine Bedeutung für das globale Klimasystem leicht verständlich einen großen Teil der Bevölkerung erreichen kann.
Methoden
Im Projekt kombinierten wir fernerkundungsbasierte Methoden zur Erfassung von Änderungen der Landoberfläche, die Kartierung und Klassifikation von durch Permafrosttauen beeinflussten Landschaften, sowie räumliche Analysen von Prozessen in Permafrostregionen. Um die Größe des tiefen Permafrostkohlenstoffspeichers als auch seine Vulnerabilität für schnelles Tauen zu beschreiben, führten wir quantitative Feldstudien durch und modellierten Thermokarstprozesse. Die drei Schwerpunkte unserer Arbeiten waren deshalb:
- Systematische Vermessungen von schnellem Permafrosttauen,
- Charakterisierung des tiefen Kohlenstoffspeichers verschiedener Permafrostablagerungen sowie deren Ablagerungsgeschichte,
- Quantifizierung des gesamten tiefen Kohlenstoffspeichers im Permafrost und seiner Vulnerabilität für Tauen und Mobilisierung.
Untersuchungsregionen
Bei unseren Feldexpeditionen fokussierten wir auf verschiedene Untersuchungsregionen in Alaska (arktische Küstenebene, Yukon-Kuskokwim-Delta) und Sibirien (Lena-Delta, Zentral-Jakutien), die ein breites Spektrum verschiedener Permafrost- und Umweltbedingungen repräsentieren. Darüberhinaus bezogen wir Daten anderer Regionen und Studien in unsere Analysen ein, um eine Skalierung unserer Untersuchungen über regionale zu kontinentalen Maßstäben hinweg durchführen zu können.
Förderung
Das PETA-CARB Projekt (2013-2018) wurde durch einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) gefördert. Zusätzliche Mittel für das Projekt wurden aus dem Strategie- und Vernetzungsfonds der Helmholtz Gemeinschaft bereitgestellt.
