Die Klimaküche in den Tiefen der Tundra

30. Oktober 2012, 20:33
posten

In den Permafrostböden der Arktis lagern riesige Mengen an Kohlenstoff

Ein Forscherteam unter österreichischer Leitung bohrt seit Jahren in der sibirischen Tundra, um mehr über rätselhafte Schichtungen und Mikroorganismen herauszufinden. 

Andreas Richter hält auch bei schwachen Außentemperaturen gerne das Fenster offen. Als Leiter des Projektes CryoCarb ist er an Kälte gewohnt: Der Forscher vom Department für Terrestrische Ökosystemforschung der Universität Wien ist mit Kollegen aus Deutschland, Norwegen, Schweden, Tschechien, Finnland, Slowenien und Russland immer wieder in Sibirien unterwegs, um Bodenproben zu nehmen. Dabei leben sie oft weitab jeglicher Zivilisation in Zelten, ohne Heizung und Warmwasser.

Das tun sie, seitdem die European Science Foundation (ESF) einen Rundruf zum Thema Polarforschung startete. Richter, der schon damals in der Arktis arbeitete, hatte die Idee, sich mit den Böden zu befassen und begeisterte sowohl Forscherkollegen aus ganz Europa als auch die ESF dafür. Seit 2010 werden Richters Arbeiten auch vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützt.

Was genau sich in den arktischen Böden abspielt, ist weitgehend unerforscht. Fest steht: Die Arktis dürfte für den Klimawandel eine massive Rolle spielen. Nicht nur reagiert sie früher und heftiger als andere Gebiete auf Temperaturanstiege, in ihren Böden lagern auch riesige Mengen Kohlenstoff, die im Zuge der Klimaerwärmung in die Atmosphäre gelangen könnten.

Arktische Böden sind sogenannte Permafrostböden, das heißt sie sind das ganze Jahr über mehr oder weniger gefroren. Allerdings weisen sie im Unterschied zu normalen Böden oft keine saubere Schichtung in verschiedene Horizonte auf, sondern zeichnen sich durch teils enorme Verwerfungen aus.

Das Phänomen heißt Kryoturbation und ist weit verbreitet: "Rund 70 Prozent aller Böden in der Arktis sind kryoturbiert", sagt Richter. " Während des Sommers tauen die oberen Schichten auf, und Wasser tritt ein. Das dringt dann bis zum gefrorenen Boden vor und wird dort wieder zu Eis. Die Volumsveränderungen, die damit verbunden sind, können zu gewaltigen Durchmischungen führen."

Sibirische Verhältnisse

Geschätzte 1670 Gigatonnen organischer Kohlenstoff lagern weltweit in den nördlichen Permafrostböden. Zum Vergleich: Der gesamte Kohlenstoffgehalt der Atmosphäre beträgt 730 Gigatonnen. Tauen diese Böden dauerhaft auf, kann das darin enthaltene organische Material zersetzt werden und CO2 bzw. Methan freisetzen.

Was genau wir diesbezüglich in Zukunft zu erwarten haben, weiß allerdings niemand, denn "der russische Teil der Arktis stellt zwar die größte Landmasse, ist aber kaum erforscht", wie Richter bedauert. "Die russischen Arbeiten, die es gibt, liegen ausschließlich in Russisch vor und sind kaum zugänglich. Außerdem sind die Arbeitsbedingungen in Sibirien sehr schwierig, vor allem im Osten und in Zentralsibirien." Nicht nur das tägliche Leben bei Forschungsaufenthalten gestaltet sich schwierig: "Man braucht für alles eine Spezialgenehmigung."

Nichtsdestotrotz hat es das CryoCarb-Team mittlerweile geschafft, in Ost-, Zentral- und Westsibirien jeweils im Norden und im Süden der Tundra Bohrkerne zu nehmen. Damit sind die Forscher einem wesentlichen Ziel deutlich näher gekommen, nämlich die Datenlage für Russland zu verbessern: "Im Jahr 2000 gab es dazu kaum Daten", erinnert sich Richter, "heute haben wir wenigstens ein paar hundert Bohrkerne." Für die weiteren Arbeiten werden auch Bohrkerne aus Grönland und Spitzbergen herangezogen. Sie sollen dazu dienen, herauszufinden, wie rasch der im Boden gespeicherte Kohlenstoff abgebaut wird.

Dabei handelt es sich um eine der zentralen Fragestellungen des Projektes. In früheren Versuchen Richters wurde vergrabener Oberboden langsamer zersetzt, als aufgrund der abiotischen Faktoren wie Temperatur oder Feuchtigkeit zu erwarten gewesen wäre. "Es war klar, dass man für diese Fragestellung einen interdisziplinären Ansatz braucht", erklärt der Ökologe, "deshalb haben wir damals das Konsortium zusammen gestellt." An der Problematik wird das CryoCarb-Team wohl noch eine Weile zu arbeiten haben, doch gibt es mittlerweile schon ein paar Hypothesen, warum sich der arktische Boden so atypisch verhält.

Die Forscher interessieren sich in erster Linie für die Lebensumstände der Mikroorganismen, die für den Abbau verantwortlich sind. Denkbar ist etwa, dass sie in kryoturbierten Böden zu wenige Nährstoffe zur Verfügung haben. Auch das Verhältnis zwischen Bakterien und Pilzen ist in der Arktis anders als in gemäßigteren Klimaten: "Die Pilze spielen eine enorme Rolle, aber in kryoturbierten Bodenschichten gibt es nur sehr wenige. Warum, wissen wir noch nicht", sagt Richter.

Schwer abbaubar

Möglich ist auch, dass die organische Materie in den arktischen Böden in einer Form vorliegt, die es den Mikroorganismen schwermacht: "Wenn der Kohlenstoff stark an Tonmineralien gebunden ist", erklärt Richter, " schützt ihn das physikalisch vor Abbau, und in kryoturbierten Böden liegen schon nach wenigen hundert Jahren mehr in solchen Bindungen vor als in normalem Oberboden."

Das große Ziel von CryoCarb ist es, das Kohlenstoffabbauverhalten der arktischen Böden im Detail zu verstehen und so vorhersagen zu können, was bei steigenden Temperaturen und sinkender Feuchtigkeit - also bei zunehmender Erwärmung - passiert. Zu diesem Zweck messen die Wissenschafter unter anderem den Gasaustausch, die Abbauprozesse und die Mikroorganismenzusammensetzung der verschiedenen Böden.

Zudem setzen sie die Böden sowohl im Freiland als auch im Labor diversen Szenarien aus, um ihr Verhalten zu erheben, zusätzlich werden auch noch mathematische Modelle erstellt. Für die nahe Zukunft geht laut Richter vermutlich keine allzu große Gefahr vom Permafrost aus, "aber innerhalb von ein paar Jahrzehnten wird sich das gravierend ändern."

Nächstes Jahr soll ein österreichisches Polarforschungsinstitut gegründet werden, um die Arbeit in frostigen Gefilden sichtbarer zu machen. Richter, einer der Gründer, ist überzeugt: "Die Polargebiete sind die Klimaküche Europas und damit mindestens so wichtig wie die Tropen." (Susanne Strnadl, DER STANDARD, 31.10.2012)

  • Der russische Teil der Arktis ist kaum erforscht. Noch ist nicht geklärt, was 
die Erderwärmung für die ausgedehnten Permafrostböden bedeutet.
    foto: reuters

    Der russische Teil der Arktis ist kaum erforscht. Noch ist nicht geklärt, was die Erderwärmung für die ausgedehnten Permafrostböden bedeutet.

  • Der Ökosystemforscher Andreas Richter verbringt viel Zeit in der Arktis.
    foto: richter

    Der Ökosystemforscher Andreas Richter verbringt viel Zeit in der Arktis.

Share if you care.