Der arktische Permafrost ist ein bedeutender Speicher für organischen Kohlenstoff, der Millionen von Jahren in den gefrorenen Böden der Arktis konserviert wurde. Wenn dieser Boden auftaut oder Küstenabschnitte erodieren, kann der gespeicherte Kohlenstoff ins Meer gelangen. Dort wird er von Mikroorganismen abgebaut und kann in klimaschädliche Treibhausgase umgewandelt werden. Eine entscheidende Frage, die sich Wissenschaftler stellen, ist, wie viel von diesem Kohlenstoff tatsächlich in die Atmosphäre gelangt und wie viel im Ozean verbleibt. Eine neue Studie, durchgeführt von Forschern des Alfred-Wegener-Instituts und des MARUM-Zentrums für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen, hat nun zum ersten Mal Antworten auf diese Frage bezüglich der Permafrostküste von Qikiqtaruk (Herschel Island) in Kanada geliefert. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht worden.
Der Arktis kommt eine besondere Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf zu, da hier schätzungsweise 1.300 Gigatonnen organischen Kohlenstoffs in Form von pflanzlichen Überresten gespeichert sind. Zusätzlich finden sich in marinen Sedimenten und Flussdeltas weitere 400 Gigatonnen. Aufgrund des Klimawandels, der in der Arktis besonders stark ausgeprägt ist, taut der Permafrost schneller als an jedem anderen Ort der Erde. Diese Erwärmung führt dazu, dass der Kohlenstoff über Flüsse und abbröckelnde Küsten ins Meer gelangt. Schätzungen zufolge könnten jährlich bis zu 0,02 Gigatonnen Kohlenstoff ins Meer gelangen, mit einer möglichen Zunahme des Abflusses um 70 bis 150 Prozent bis zum Jahr 2100.
Die entscheidende Frage bleibt: Wie viel des Kohlenstoffs wird wieder freigesetzt und wie viel bleibt im Meeresboden? Um dieser Frage nachzugehen, entnahmen die Forscher Sedimentkerne in verschiedenen Abständen vor der Küste von Herschel Island. Diese Kerne enthalten Ablagerungen, die bis zu 50 Jahre alt sind. Die Analyse ergab, dass trotz der enormen Mengen an organischem Kohlenstoff, die vom Land ins Meer gelangen, nur ein geringer Anteil tatsächlich in den aktiven Kohlenstoffkreislauf des Ozeans übergeht. Lediglich etwa zehn Prozent des Kohlenstoffs aus den Sedimenten wird von Mikroorganismen in Gase umgewandelt, die dann in die Atmosphäre aufsteigen können. Der Großteil wird jedoch im Meeresboden sicher gelagert.
Für ihre Untersuchung analysierten die Wissenschaftler nicht nur die chemische Zusammensetzung der Sedimentkerne, sondern auch die Geschwindigkeit der Ablagerung von Permafrostmaterial am Meeresboden. Dazu maß man den Gehalt an anorganischem gelöstem Kohlenstoff im Porenwasser der Sedimente, was Hinweise darauf gibt, wie viel CO2 von Mikroorganismen produziert wurde, nachdem sie den organischen Kohlenstoff abgebaut hatten. Durch die isotopische Analyse konnten die Forscher feststellen, aus welchen Quellen der organische Kohlenstoff stammte und ob er aus dem Permafrost oder von marinen Algen stammt.
Die Ergebnisse zeigen, dass Mikroorganismen in den Sedimenten offenbar eine Vorliebe für frischen Kohlenstoff aus Algen haben, was darauf hindeutet, dass der Kohlenstoff vom Land möglicherweise weniger zur Treibhausgasemission beiträgt als ursprünglich angenommen. Dennoch bleibt unklar, wie viel Kohlenstoff aus dem Permafrost möglicherweise bereits abgebaut wurde, bevor er den Meeresboden erreicht hat.
Der Kohlenstofftransport vom Land ins Meer hat nicht nur Auswirkungen auf die Treibhausgasemissionen, sondern könnte auch die biogeochemischen Prozesse in Küstengewässern beeinflussen, die für die Nahrungsversorgung der einheimischen Bevölkerung von Bedeutung sind. Die Veränderungen im Sediment können die Lichtverhältnisse im Wasser beeinflussen, was wiederum die Primärproduktion und somit die Nahrungsgrundlage für marine Lebensformen wie Fische und Robben beeinflusst.
Um diese komplexen Zusammenhänge besser zu verstehen, planen die Forscher für 2027 die internationale Kampagne „Arctic Pulse“, bei der koordiniert Messungen an Bord des Forschungseisbrechers Polarstern sowie mit Forschungsflugzeugen und Bodenteams durchgeführt werden sollen. Diese Studie liefert wichtige Erkenntnisse über die Kohlenstoffspeicherung im Meeresboden und die Herkunft des abgebauten Materials. Solche Informationen sind zentral für die Entwicklung präziser Klimamodelle, die die
