A4 Auftauender Permafrost

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Permafrost ist Boden, der mindestens zwei Jahre in Folge unter dem Gefrierpunkt bleibt und etwa 25 Prozent der Landoberfläche der Nordhalbkugel bedeckt. Dieser Permafrost speichert rund 1.500 Gigatonnen gefrorenen organischen Kohlenstoffs – das Doppelte der gesamten Kohlenstoffmenge, die derzeit in der Atmosphäre zirkuliert. Er enthält außerdem massive Eisvorkommen im Boden, die beim Auftauen zum Absinken des Bodens und zur Bildung von Thermokarst-Senken führen.

Die Tiefe, bis zu der der Permafrost jährlich auftaut, hängt davon ab, wie viel Wärme sich während der warmen Jahreszeit im Boden angesammelt hat. Diese Auftautiefe, die sogenannte Auftauschicht, nimmt nicht proportional zur angesammelten Wärme zu, sondern wächst langsamer. Sie folgt denselben physikalischen Gesetzen, die auch für die Wärmediffusion in einem Material gelten, das sich beim Auftauen von Eis zu Wasser verändert. Je mehr Wärme sich im Sommer angesammelt hat, desto tiefer dringt die Auftaufront in den Permafrost ein. Jeder zusätzliche Meter Eindringtiefe erfordert jedoch deutlich mehr angesammelte Wärme als der vorherige Meter.

Wenn die Erwärmung der Luft die Fähigkeit des Permafrosts übersteigt, im folgenden Winter vollständig wieder zu gefrieren, kann sich der Permafrost im Winter nicht mehr von dem erholen, was er im Sommer verloren hat, und beginnt stetig zu zerfallen: Die Auftaufront dringt jedes Jahr etwas tiefer in den Permafrost ein, und diese tiefere Eindringung legt organischen Kohlenstoff frei, der zuvor gefroren und für mikrobielle Zersetzung unzugänglich war. Dabei werden Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre freigesetzt.

Diese Methanfreisetzung aus dem Permafrost treibt einen der wichtigsten Rückkopplungsmechanismen im gesamten Klimasystem an, da Methan über einen Zeitraum von zwanzig Jahren achtzigmal mehr Wärme speichert als Kohlendioxid. Der thermokarstische Kollaps des Permafrosts führt außerdem zur Bildung von Seen und Dolinen, die sauerstofffreie Bedingungen schaffen, welche die Methanproduktion begünstigen. Der Kollaps selbst beschleunigt die Zersetzung des freigelegten organischen Kohlenstoffs und produziert so noch mehr Methan. Dieses zusätzliche Methan verstärkt dann die Erwärmung, die ursprünglich das Auftauen ausgelöst hat, und erzeugt so einen sich selbst verstärkenden Rückkopplungsmechanismus.

Das zu erwartende Verhalten des Permafrosts ist ein fortschreitender Abbau, der sich von seinen südlichen Rändern über die Nordhalbkugel und von der Bodenoberfläche nach unten ausbreitet. So sinkt der Permafrost, der derzeit 1.500 Gigatonnen gefrorenen organischen Kohlenstoff speichert, Jahr für Jahr sowohl an seiner südlichen Grenze als auch in der Tiefe allmählich ab und setzt einen zunehmenden Anteil dieses über Jahrtausende angesammelten Kohlenstoffs in die Atmosphäre frei.

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