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03.02.2023

10.01.2023

Eingefrorener Klimakiller: Im Permafrost steckt mehr Stickstoff als gedacht

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Weltweit taut als Folge der globalen Erwärmung der Permafrost auf. So können klimawirksame Treibhausgase mit Kohlenstoff (Kohlendioxid, Methan) und Stickstoff (Lachgas) aus den Böden in die Atmosphäre gelangen.

Ein Forschungsteam hat die Größe des Stickstoffreservoirs im Permafrost bestimmt und berechnet, wieviel davon im Zuge des Klimawandels freigesetzt werden könnte. Die jetzt im Rahmen einer Studie vorgestellten Ergebnisse wurden in mehreren vom BMBF geförderten Projekten erarbeitet.

Permafrost-Regionen erwärmen sich im Zuge des Klimawandels derzeit rund viermal schneller als der globale Durchschnitt. Deshalb tauen dort die seit der letzten Kaltzeit (ca. 100.000 bis 12.000 Jahre vor heute) gefrorenen Böden großflächig auf und geben Unmengen von abgestorbenen Pflanzenresten frei. Dadurch wird ein zuvor unzugänglicher Pool organischen Materials nach und nach für Mikroorganismen verfügbar und kann von ihnen zersetzt werden. Mit dem Abbau der Biomasse gelangen große Mengen Kohlenstoff als Treibhausgas in die Atmosphäre und beschleunigen die globale Erwärmung.

2.200 Bodenproben im Yedoma-Permafrost ausgewertet

"Vor allem wegen des Kohlenstoffs steht Permafrost besonders im Fokus der Klimaforschung. Zahlreiche Studien ergeben hier schon ein verlässliches wissenschaftliches Bild", sagt Studienerstautor Dr. Jens Strauss, Leiter der Arbeitsgruppe Permafrost-Biogeochemie am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). "Zu dem im Permafrost gespeicherten Stickstoff, der für das Klima ebenfalls hochrelevant ist, gibt es dagegen kaum belastbare Zahlen. Mit unserer Arbeit haben wir nun erstmals bestimmt, wieviel Stickstoff überhaupt im Permafrost bis in größere Tiefen enthalten ist."

Das internationale Team mit Forschenden aus Deutschland, Finnland, den USA, Kanada und China konzentrierte sich dabei auf den Yedoma-Permafrost, eine vor allem in Ostsibirien und Alaska verbreitete Bodenvariante. Yedoma gilt wegen seines hohen Eisanteils als besonders klimasensibel. Erwärmt er sich, kann er großflächig kollabieren, rasch bis in viele Meter Tiefe auftauen und so deutlich mehr organisches Material aktivieren als andere Permafrostböden. Im Rahmen der Studie hat das Team um Jens Strauss mehr als 2.200 Bodenproben aus Sibirien und Alaska analysiert, den Stickstoffgehalt bestimmt und die Größe des Gesamtpools berechnet.

Den Ergebnissen zufolge enthält die Yedoma-Region insgesamt 41,2 Gigatonnen Stickstoff. Damit ist das Reservoir deutlich größer als es bisherige Schätzungen nahelegten. Davon sind 37 Gigatonnen - also rund 90 Prozent - derzeit gefroren. "Doch das wird sich im Zuge des Klimawandels ändern. Wir haben berechnet, dass in einem Zukunftsszenario mit weiterhin hohen Treibhausgasemissionen durch die Menschheit bis zum Jahr 2100 zwischen 4 bis maximal 16 Gigatonnen Stickstoff im Yedoma auftauen und so aktiviert werden könnten", so Strauss.

Lachgas ist ein 300-mal stärkeres Treibhausgas als CO2

Welche Folgen diese überraschend hohe Menge für das Klima hätte, hängt entscheidend von den Mikroorganismen im Boden ab. Der dann verfügbare Stickstoff könnte das pflanzliche Wachstum ankurbeln. Die Pflanzen könnten, wenn sie an den Stickstoff gelangen, dann CO2 aus der Atmosphäre binden. "Der Effekt auf das Klima wäre also für einen gewissen Zeitraum positiv", sagt Strauss. "Durch den mikrobiellen Abbau könnten aber auch große Mengen Lachgas in die Atmosphäre freigesetzt werden, ein 300-mal stärkeres Treibhausgas als CO2 . Das hat einen erheblichen Einfluss auf das Klima." Deshalb müssten weitere Studien zeigen, was genau mit dem aktivierten Stickstoffpool passieren wird.

Arktis im Wandel

Im deutsch-britischen Forschungsprogramm "Arktis im Wandel" (Changing Arctic Ocean) untersuchten 220 Wissenschaftler von 2018 bis 2021 in insgesamt 16 Projekten den Einfluss des Klimawandels auf den Arktischen Ozean. Das Forschungsprogramm wurde dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem britischen Natural Environment Research Council (NERC) gefördert. Die in der aktuellen Permafrost-Studie präsentierten Ergebnisse zum Stickstoffvorkommen gehen unter anderem auf Daten aus den "Arktis im Wandel"-Projekten CACOON und ICEPAC zurück. Zudem flossen Daten aus dem BMBF-geförderten Projekten KoPf und CarboPerm ein.

» Originalpublikation

Quelle: Fona Forschung für nachhaltige Entwicklung