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Permafrostböden sind mögliche Quelle für abrupten Anstieg von Treibhausgasen am Ende der letzten Eiszeit

Einer der abruptesten Anstiege des Kohlendioxidgehalts der Atmosphäre am Ende der letzten Eiszeit fand vor ungefähr 14.600 Jahren statt. Eiskerndaten zeigen, dass der CO2-Gehalt damals innerhalb von 200 Jahren um mehr als 10 ppm zunahm (parts per million – Teile pro Millionen, Maßeinheit für die Zusammensetzung von Gasen). Diese CO2-Zunahme war mit etwa 0,05 ppm pro Jahr deutlich geringer als der durch fossile Brennstoffe verursachte aktuelle Anstieg im atmosphärischen CO2 von 2-3 ppm pro Jahr in der letzten Dekade. Diese Daten beschreiben eine abrupte Veränderung im globalen Kohlenstoffkreislauf während des Übergangs von der letzten Eiszeit in die heutige Warmzeit und lassen Rückschlüsse auf ähnlich verlaufende Prozesse zu, die in der Zukunft eine Rolle spielen könnten.
Um den Ursprung des Treibhausgases zu ermitteln, hat ein Team um die Geo- und Klimawissenschaftler Dr. Peter Köhler und Dr. Gregor Knorr vom Alfred-Wegener-Institut Computersimulationen zur neuen Interpretation dieser CO2-Daten durchgeführt. Anlass für diese Berechnungen waren von französischen Kollegen veröffentlichte neue Radiokohlenstoffdaten (14C), die Informationen über das Alter des in die Atmosphäre eingetragenen CO2 lieferten. Das Alter wiederum lässt Rückschlüsse auf die Kohlenstoffquelle zu.
„Der gegen Null gehende Anteil von Radiokohlenstoff im CO2, das in die Atmosphäre freigesetzt wurde, zeigt uns, dass der Kohlenstoff sehr alt gewesen sein muss“, sagt Köhler. Der Kohlenstoff könne daher nicht aus der Tiefsee stammen, denn, so Köhler weiter: „Der in der Tiefsee gespeicherte Kohlenstoff steht über eine Dauer von Jahrtausenden im Austausch mit der Atmosphäre, in der 14C durch die Einwirkung kosmischer Strahlung entsteht.“ Radiokohlenstoff ist jedoch instabil und zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 5.700 Jahren. Die atmosphärischen Daten von CO2 und 14C sind nur zu erklären, wenn eine Kohlenstoffquelle angenommen wird, die nahezu kein 14C mehr enthält – die Treibhausgase müssen also eine andere Quelle als die Tiefsee gehabt haben.
Solch eine potentielle Quelle für atmosphärischen Kohlenstoff sind Permafrostböden, in denen teilweise sehr altes organisches Material enthalten ist, das beim Auftauen der Böden in Form der Treibhausgase CO2 und Methan freigesetzt wird. Zurückzuführen ist das Tauen der arktischen Permafrostböden darauf, dass ein plötzliches Anspringen des großskaligen atlantischen Wärmetransportes im Ozean die Bølling/Allerrød-Warmphase initiierte.
Die Menge des in die Atmosphäre eingetragenen Kohlendioxids konnten die Forscher mit einem Computermodell abschätzen, das den globalen Kohlenstoffkreislauf simuliert. Demnach ist der Eintrag von mehr als einer halben Gigatonne Kohlenstoff pro Jahr (1 Gigatonne = 1 Petagramm = 1015 Gramm) über zwei Jahrhunderte notwendig, um die beobachteten Daten zu erklären. Das entspricht einer Gesamtmenge von mehr als 100 Gigatonnen Kohlenstoff. Heutige anthropogene CO2-Emissionen durch fossile Brennstoffe sind mit etwa zehn Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr mindestens um einen Faktor zehn größer als die Freisetzungsraten dieses natürlichen Prozesses.
Das prognostizierte Auftauen großer Permafrostgebiete, gefolgt vom Anstieg der Treibhausgase, trat laut der Studie zeitgleich mit der nordhemisphärischen Klimaerwärmung am Beginn der Bølling-Warmzeit auf. Die freigesetzten Treibhausgase können die anfängliche Erwärmung durch Rückkopplungseffekte verstärken.
Ein ähnlicher Effekt wird im aktuellen Bericht des Weltklimarates (IPCC) auch für die Zukunft prognostiziert. Die Erwärmung beispielsweise in Sibirien führt schon heute zum Auftauen von Permafrostböden: CO2 und Methan gasen aus. Dieselben Prozesse, die heute beobachtet werden – und in noch stärkerem Ausmaße in den kommenden Jahrzehnten erwartet werden – haben vermutlich in ähnlicher Weise bereits vor 14.600 Jahren stattgefunden. „Allerdings ist der Klimazustand der Erde heute bereits durch anthropogen emittierte Treibhausgase verändert. Die zukünftige CO2-Freisetzung aus dem prognostizierten Auftauen von Permafrost ist deutlich geringer als der Eintrag durch fossile Brennstoffe. Diese Emissionen aus Permafrostböden sind jedoch zusätzliche Treibhausgasquellen, die den anthropogen verursachten Effekt noch verstärken“, sagt Köhler.

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