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Temperaturanstieg im Permafrost erhöht Freisetzung des Klimagases Methan

Untersuchungen am Alfred-Wegener-Institut zeigen, dass Methan bildende Mikroorganismen auf Klimaänderungen reagieren.

Höhere Temperaturen in arktischen Dauerfrostböden verändern die Lebensgemeinschaft Methan bildender Mikroorganismen und führen zu einer erhöhten Methanfreisetzung. Zu diesem Ergebnis kommen Mikrobiologen aus vom Alfred-Wegener-Institut und der Universität Hamburg in einer aktuellen Veröffentlichung der Zeitschrift "Environmental Microbiology".

Die Wissenschaftler konnten erstmals Die Wissenschaftler konnten erstmals Permafrost aus dem Meeresboden der Laptewsee untersuchen, einem flachen Schelfmeer vor der Küste Sibiriens.

Durch die Überflutung mit relativ warmem Meerwasser ist dieser sogenannte "submarine Permafrost" etwa 10 Grad Celsius wärmer als der Permafrost an Land.

Er eignet sich deshalb besonders gut, um Veränderungen in Dauerfrostböden bei anhaltender Erwärmung der Erdatmosphäre zu erforschen. "Wenn die Dauerfrostböden sich erwärmen oder sogar tauen, könnte das dramatische Konsequenzen für das weltweite Klimageschehen haben," verdeutlicht der Mikrobiologe Dr. Dirk Wagner von der Forschungsstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft die Bedeutung der Permafrostforschung.

Verantwortlich für die Bildung von Methan sind spezielle Mikroorganismen, die als methanogene Archaeen bezeichnet werden. "Wieviel Kohlenstoff umgesetzt und wie viel Methan dementsprechend gebildet wird, hängt von der Stoffwechselaktivität der Organismen und von der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft ab", erläutert Wagner. "Deshalb beschäftigen wir uns intensiv mit der Frage, wie sich diese beiden Parameter mit steigender Temperatur im Permafrost verändern."

Luftaufnahme einer Küstenlinie von Samoylow aus dem Helikopter. Hier kann man die polygonalen Strukturen und die enormen Mengen an organischen Kohlenstoff (hier als Torfe), die im Permafrost gespeichert sind, sehen. Bereits in früheren Untersuchungen wiesen die Potsdamer Wissenschaftler nach, dass Mikroorganismen selbst in tief gefrorenen Permafrostablagerungen bei Temperaturen um minus 7 Grad Celsius Methan bilden.

Werden die Temperaturen experimentell um wenige Grad erhöht, so erhöht sich auch die Stoffwechselaktivität der Organismen und damit die Methanproduktion im Permafrost.

Bisher war jedoch nicht geklärt, ob die Lebensgemeinschaften Methan bildender Mikroorganismen sich überhaupt dauerhaft an höhere Temperaturen in arktischen Dauerfrostböden anpassen können. Diesen Nachweis haben die Potsdamer Wissenschaftler durch ihren Vergleich von terrestrischen und submarinen Permafrostablagerungen nun erstmals erbracht.

Der Polygonabbruch zeigt die Wirkung der Erwärmung der Arktis. Dadurch führen sogenannte Thermoerosionen zur Zerstörung der terrestrischen Permafrostlandschaft. Der submarine Permafrost hat sich in einer ehemaligen Landmasse entwickelt, die durch den Meeresspiegelanstieg nach der letzten Eiszeit überflutet wurde. Es handelt sich also ursprünglich ebenfalls um terrestrische Permafrostablagerungen.

Doch im Gegensatz zum heutigen terrestrischen Permafrost, der eine Durchschnittstemperatur von minus 12 Grad Celsius aufweist, ist der submarine Permafrost durch das relativ warme Meerwasser bereits auf etwa minus 2 Grad Celsius erwärmt worden.

Indem sie die an der Methanbildung beteiligten Mikroorganismengemeinschaften in beiden Permafrostgebieten verglichen, konnten Wagner und sein Team zeigen, dass sich die Zusammensetzung der Methan bildenden Mikroben im submarinen Permafrost deutlich von der im terrestrischen Permafrost unterscheidet. Die Lebensgemeinschaft der Mikroorganismen kann sich demnach gut und dauerhaft auf höhere Temperaturen einstellen.

"Unsere Studien, die wir seit 10 Jahren im Umfeld der Russisch-Deutschen Forschungsstation Samoilow in der sibirischen Arktis betreiben, zeigen sehr deutlich", fasst Wagner die Erkenntnisse seiner langjährigen Arbeit zusammen, "dass die Lebensgemeinschaften der Mikroorganismen sehr flexibel auf Klimaänderungen reagieren. Und selbst wenn die Böden noch tief gefroren sind, erhöht sich die Stoffwechselaktivität Methan bildender Mikroben mit steigender Temperatur. Für uns ist das ein sicheres Indiz dafür, dass die zu beobachtende Erwärmung der Atmosphäre in den riesigen Permafrostregionen der Erde bereits heute zu einer erhöhten Freisetzung des Treibhausgases Methan führt.

Quelle: Text Alfred-Wegener-Institut, Deutschland, März 2009

Permafrost-Zonen

Permafrostgebiete werden untergliedert in Zonen kontinuierlichen und diskontinuierlichen Permafrostes.

Bei kontinuierlichem Permafrost ist mehr als 90% des Gebietes von Permafrost unterlagert. Er kann bis mehrere 100 m in die Tiefe reichen, so z.B. in Teilen Sibiriens.

In diskontinuierlichem Permafrost sind 10 bis 90 % des Gebietes unterlagert. Der Permafrost reicht hier stellenweise nur wenige Meter in die Tiefe.

Der diskontinuierliche Permafrost ist nochmals untergliedert in sporadischen" Permafrost, bei dem etwa 5 bis 35 % des Gebiets von Permafrost unterlagert sind.

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