Fragen und Antworten zum Permafrost

Permafrostböden sind dauerhaft gefrorene Böden, die in polaren Regionen und Gebirgen auftreten. In Permafrostgebieten sind die Böden mindestens zwei aufeinanderfolgende Jahre permanent gefroren. Nur im Sommer tauen die Oberflächen der Dauerfrostböden ca. einen halben Meter tief auf. Im Permafrost sind riesige Mengen organischen Kohlenstoffs gespeichert.

Permafrost-Regionen nehmen 25 Prozent der Erdoberfläche der Nordhemisphäre ein. Vor allem Gebiete in Sibirien, Kanada und Alaska sind durch diese "gefrorenen Landschaften" geprägt. Permafrost gibt es zum Beispiel als Gletscher aber auch in hohen Gebirgen wie im dem Himalaya, den Anden oder in den Alpen. In Zentralsibirien kann der Boden bis in eine Tiefe von über 1.500 Meter gefroren sein.Grafik: Verbreitung von Permafrostböden

Im Permafrost sind – wie in einer gigantischen Tiefkühltruhe – riesige Mengen an abgestorbenen Pflanzenresten gespeichert. Im Gegensatz zu tropischen oder gemäßigten Klimazonen kann dieses organische Material im gefrorenen Boden nicht durch Mikroben abgebaut werden, da Bakterien erst aktiv werden, sobald der Permafrost taut. Doch wenn sich das Klima weiter erwärmt und die Tür zur Tiefkühltruhe sozusagen aufgelassen wird, beginnt das Zersetzen des organischen Materials. Als Folge gelangt der bisher gebundene Kohlenstoff als Treibhausgas in die Atmosphäre, was zu einer weiteren Erwärmung des Klimas führt. Diese Rückkopplung würde sich auf das gesamte globale Klimasystem auswirken.

Darüber hinaus kann das Tauen von Bodeneis in Regionen mit eisreichem Permafrost drastische Konsequenzen für arktische Landschaften und besiedelte Gebiete in diesen Regionen haben, da das Schmelzen des unregelmäßig verteilten Eises zu ungleichmäßigem Absinken der Landoberfläche führt und Straßen, Eisenbahnschienen, Landebahnen, Gebäude, und Öl- und Gas-Pipelines absacken können.

Zum Artikel: Tauender Permafrost verstärkt Klimawandel

In den letzten Jahrzehnten hat sich nicht nur die Atmosphäre erwärmt. Auch die Temperatur der oberen Schichten des Permafrosts ist in einigen Gebieten um etwa zwei Grad Celsius gestiegen, sodass die Grenze des kontinuierlichen Permafrostes nun weiter im Norden verläuft. Dass der Permafrost vielerorts taut und zerfällt, belegen Aufzeichnungen in Bohrlöchern und andere Messungen in der globalen Permafrost-Datenbank GTN-P.

Wie lang der Permafrost noch stabil bleibt, hängt im Wesentlichen von der Bodentemperatur ab. Hinzukommende Faktoren sind die Energiebilanz an der Oberfläche, die Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit des Bodens, die Vegetation, die Schneebedeckung und die Anwesenheit von Seen und Flüssen, sowie das Grundwasser in der Umgebung.

Mehr als 90 Prozent des Lena-Deltas (Sibirien, Russland) sind von Permafrostböden unterlagert. Doch wie mächtig die gefrorene Schicht ist, wie sie entstanden ist und woraus sie besteht, das kann sich von Insel zu Insel unterscheiden. Das Lena-Delta lockt deshalb Permafrost-Forscher mit unterschiedlichsten Fragestellungen nach Sibirien. Zum Beispiel: Wie entstehen Eiskeile im Permafrost und was verraten diese über das Klima der Vergangenheit? Welcher Austausch findet zwischen den gefrorenen Böden und der Atmosphäre statt? Wie verändert sich die Temperatur und wie schnell taut der Permafrost?

Steigt die Temperatur in der Arktis, wird auch das Pflanzenwachstum angeregt und somit die Fixierung von Kohlenstoff in organischer Materie. Das kann dem Treibhausgasausstoß des Permafrostbodens zunächst entgegenwirken. Über längere Zeiträume jedoch und bei weiter ansteigenden Temperaturen, übersteigt der Ausstoß von Treibhausgasen durch die Zersetzungsprozesse der Mikroorganismen die Fähigkeit der Pflanzen, Kohlendioxid aufzunehmen.

Vor allem im europäischen Teil der russischen Arktis zieht sich der Permafrost stark zurück. Im Zeitraum von 1995 bis 2005 hat sich die südliche Grenze der Regionen mit kontinuierlichem Permafrost um bis zu 50 Kilometer nach Norden zurückgezogen. In Gebieten mit diskontinuierlichem Permafrost betrug der Rückzug Richtung Norden bis zu 80 Kilometer. Hinzu kommt das Abtauen der Inlandsgletscher in den Hochgebirgen.

Im Jahr 2012 schlossen AWI-Wissenschaftler der Forschungsstelle Potsdam die Langzeitmessstation Bayelva auf Spitzbergen an das Datennetz des Instituts an. Die Temperatur des gefrorenen Bodens ist seitdem tagesaktuell abrufbar, auch Tausende Kilometer südlich der arktischen Inselgruppe. Unablässig misst die Bodenstation die Temperatur und die Bodenfeuchte des Permafrosts in verschiedenen Tiefen  – bis zum Grund des zehn Meter tiefen Bohrlochs. Seit Beginn der Messungen nahe der Forschersiedlung Ny-Ålesund im Jahr 1998 beobachten Wissenschaftler einen starken Tauprozess des Bodens. Messreihen zur Temperatur und jährlichen Aufbautiefe der Permafrostböden werden in der GTN-P Datenbank gespeichert und visualisiert. Zum AWI-Artikel: Der direkte Draht in den arktischen Permafrost

Mehr als 60 Meter tief ist der Krater auf der Jamal-Halbinsel im Norden Sibiriens. Das als B-1 von russischen Wissenschaftlern benannte kreisrunde Loch wurde im Juli 2014 entdeckt. Nur 20 Kilometer entfernt befindet sich mit B-2 ein weiterer riesiger Krater, der von rund 30 "Satellitenkratern" umgeben ist. Im Permafrost als Gashydrat eingeschlossenes Methan (CH₄) wird durch Auftauprozesse freigesetzt und sammelt sich in Schwächezonen unterhalb eines sogenannten Pingo. Dabei handelt es sich um eine im Permafrostgebieten auftretende Bodenaufwölbung infolge der Zufuhr und des Gefrierens von Wasser, welches u.a. durch Auflast aus den Porenräumen unterlagernder Böden verdrängt wird.

Diese in Permafrostgebieten auftretenden Bodenaufwölbungen entstehen infolge der Zufuhr und des Gefrierens von Wasser, welches u.a. durch Auflast aus den Porenräumen unterlagernder Böden verdrängt wird. Beginnt das Eis im Pingo zu schmelzen, füllt sich dessen Kern mit Gas, das aus den Tiefen durch Risse an die Erdoberfläche gelangt. Wenn ein kritischer Wert überschritten wird, eruptiert ("explodiert") der Pingo.