In den Permafrostböden befinden sich geschätzte knapp 1.700 Milliarden Tonnen (Gigatonnen) Kohlenstoff. Durch die Erderwärmung droht vieles davon in den nächsten Jahrzehnten zu entweichen - wie viel und in welchen Zeiträumen lässt sich aber bisher kaum sagen. Dieses große Fragezeichen in vielen Klimaprognosen will ein Forschungsteam mit österreichischer Beteiligung auflösen. Dazu braucht es neue Satellitendaten und einen großen "Lernprozess", so die Forscherin Annett Bartsch.

Die Gründerin und Chefin des in Korneuburg (NÖ) ansässigen Erdbeobachtungsunternehmens b.geos ist Ko-Autorin eines Übersichtsartikels im Fachjournal "Nature Reviews Earth & Environment", der sich mit dem im Permafrost eingelagerten Kohlenstoff beschäftigt. Wie viel der Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) von dort beim weiteren Auftauen entweichen könnte, ist alles andere als einfach festzustellen, wie Bartsch im Gespräch mit der APA erklärte.

Bei dem Gebiet, das landläufig als "Tundra" bezeichnet wird, handelt es sich tatsächlich um eine äußerst vielfältige Landschaft, die sich noch dazu sehr dynamisch verändern kann. Hier einigermaßen zu verlässlichen Schätzungen der Abläufe auf dem und natürlich tiefer im vielerorts gar nicht mehr so permanent gefrorenem Boden zu kommen, sei mit vielen Schwierigkeiten behaftet, so die Wissenschafterin.

Große Unterschiede in den Gegebenheiten

Wie viel Kohlenstoff in einer Gegend gespeichert ist, kann sehr stark variieren. Man ist daher auf beispielhafte Messungen angewiesen, die dann auf größere Gebiete umgelegt werden. Sibirien oder Alaska sind aber riesig und die Unterschiede in den Gegebenheiten groß. "Flächig gibt es da kaum Informationen", sagte Bartsch. Was im Boden steckt, lässt sich auch nicht direkt aus immer besseren Erdbeobachtungsdaten herauslesen, wie sie das europäische "Copernicus"-Programm bereitstellt. In Klimamodellen rechnet man bisher mit Schätzung für 100 mal 100 Kilometer und zum Teil noch größere Gebiete, was extrem ungenau ist.

"Wir versuchen, etwa aus den Satellitendaten das herauszubekommen, was uns etwas über den Untergrund erzählt", so Bartsch, die diese Idee etwa im "CCI Permafrost project" der Europäischen Weltraumbehörde ESA und vor allem im kürzlich gestarteten "Q-ARCTIC"-Projekt zusammen mit dem Max Planck Institut für Meteorologie in Hamburg und dem Max Planck Institut für Biogeochemie in Jena vorantreibt. In letzteres Projekt investiert der Europäische Forschungsrat (ERC) in den kommenden sechs Jahren zehn Millionen Euro im Rahmen eines "Synergy Grants".

Emissionen von CO2 und dem vielfach klimaschädlicheren Methan lassen sich mit modernen Satelliten in der Arktis noch nicht genau genug direkt beobachten. Man könne aber einen Einblick in den "ständigen Wechsel von feuchten und trockenen Gebieten" in der komplexen arktischen Tundralandschaft erhalten. Das ist wichtig, weil in trockenen Bereichen vor allem CO2 und in feuchten mehr Methan abgegeben wird. "Ich brauche also erstmal eine gute Idee, wie der Feucht-Trocken-Wechsel aussieht", so die Forscherin.

Deutliche Fortschritte bei der Auflösung

Die Daten der "Sentinel"-Erdbeobachtungssatelliten erreichen mittlerweile eine Auflösung von zehn mal zehn Metern. Bartsch: "Das ist ein riesen Fortschritt." Diese Informationen zusammen mit Messungen vor Ort sollen zu einer echten verlässlichen Abschätzung des Ausstoßes der rund 25 Prozent der nördlichen Hemisphäre umfassenden Permafrostgebiete führen. Dann könne man KI-unterstützt möglichst belastbare regionale Zahlen in deutlich verbesserte Klimamodelle integrieren.

Das ist notwendig, da der Einfluss dieser Regionen enorm sein kann. So könnte der jährliche Ausstoß dort bis zum Ende des Jahrhunderts den aktuellen Emissionen aller EU-Länder zusammen entsprechen. Befürchtet wird zudem, dass mit steigenden Temperaturen gefährliche Kipppunkte erreicht werden, wo sich die Gegenden extrem verändern, der Ausstoß massiv ansteigt und kaum mehr Kohlenstoff eingelagert werden kann. "Darüber wissen wir noch viel zu wenig", sagte Bartsch.

Außergewöhnlich heiße Sommer in der Arktis

Rasch viel Kohlenstoff kann aber auch durch häufige kleinräumigere Hangrutschungen oder durch große Waldbrände entweichen. Beides wird auch durch viele zuletzt ungewöhnlich heiße Sommer in der Arktis angetrieben.

Die größten längerfristigen Veränderungen erleben momentan Fluss- und Küstenregionen sowie laut Bartsch vor allem der Westen Sibiriens und der Südwesten Alaskas. Hier lässt die Klimakrise die Temperaturen vielerorts schon lange in den Plusbereich kippen, was viel Erosion in den "sehr empfindlichen Regionen" mit sich bringt, wo mittlerweile bereits auch Siedlungen verlegt werden müssen.

Service: Die Arbeit online: https://doi.org/10.1038/s43017-021-00230-3; Das "CCI Permafrost project": https://climate.esa.int/en/projects/permafrost; Q-ARCTIC: https://q-arctic.net