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INTERVIEW/241: Gitterrost und Permafrost - terrestrische Wandlungen ...    Dr. Merritt Turetsky im Gespräch (SB)


11. Internationale Permafrostkonferenz (ICOP) vom 20. bis 24. Juni 2016 in Potsdam

Dr. Merritt Turetsky über die "Permafrostnation" Kanada, den Einfluß von Waldbränden auf den gefrorenen Boden und die folgenschwere Umwandlung terrestrischer in aquatische Ökosysteme


Wenn Wasser ein Grad wärmer oder kälter wird, fällt das normalerweise nicht besonders ins Gewicht. Doch das Wasser verändert seine physikalischen Eigenschaften fundamental, wenn diese kleine Temperaturänderung um den Nullpunkt herum erfolgt. Was vorher flüssig war, wird fest und umgekehrt. In der Umwelt hat so ein Wechsel des Aggregatzustands dramatische Auswirkungen. Beispielsweise wandelt sich eine vormals gefrorene, terrestrische Landschaft, die zu Fuß durchschritten werden kann, in eine aquatische Landschaft, für deren Bewältigung man ein Boot benötigt.


Beim Interview - Foto: © 2016 by Schattenblick

Dr. Merritt Turetsky
Foto: © 2016 by Schattenblick

Das berichtete die US-amerikanische Ökologin und Feldforscherin Dr. Merritt Turetsky, die an der kanadischen Universität von Guelph und der Universität von Alaska in Fairbanks, USA, lehrt, am 23. Juni 2016 gegenüber dem Schattenblick. Dr. Turetsky hatte auf der 11. Internationalen Permafrostkonferenz (ICOP), zu der das Alfred-Wegener-Institut Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) vom 20. bis 24. Juni 2016 nach Potsdam eingeladen hatte, einen Vortrag mit dem Titel "Predicting thermokarst - Hot spot changes in ecosystems, permafrost carbon and infrastructure" (z. Dt.: Vorhersage von Thermokarst - Brennpunkt-Veränderungen in Ökosystemen, Permafrost-Kohlenstoff und Infrastruktur) gehalten.

Zu Beginn ihres rund 30minütigen Vortrags bezeichnete die Referentin Kanada als "Permafrostnation", weil man mit dem Land vor allem seine beeindruckenden Landschaften verbinde, und die seien zur Hälfte von Permafrost bestimmt. Der Permafrost von Kanada habe jedoch das Potential eines globalen Einflusses, weil mit dem Auftauen des gefrorenen Bodens im Zuge des Klimawandels Kohlenstoff freigesetzt werden könnte, der klimawirksam sei.

Um vom Kleinen auf das Große, also von Kanada auf die ganze Welt zu schließen, benötige man Modelle. Die seien nach wie vor unzureichend, um all die vielen Veränderungen, die eine Permafrostlandschaft unter dem Einfluß der globalen Erwärmung erfährt, im Detail zu beschreiben.

Das Permafrost Carbon Network, bei dem sie mitarbeite, habe sich vor einigen Jahren eine einfache, aber brisante Frage gestellt: Wieviel Kohlenstoff wird durch das Auftauen des Permafrostes in die Atmosphäre entlassen und in welcher Verbindung wird der Kohlenstoff freigesetzt? Diese Frage, um die sich der Vortrag drehte, blieb auch anschließend noch weitgehend unbeantwortet. Es wurde jedoch deutlich, wie breit ein auf Vollständigkeit zielender Forschungsansatz angelegt sein muß, um die Kohlenstoffabgabe und -aufnahme der Ökosysteme zu bestimmen.

Unmißverständlich ging aus den Darlegungen Turetskys hervor, daß die Wissenschaft nicht mehr dem Schwarz-weiß-Bild folgt, das vor einigen Jahren aufgekommen war. Damals wurde berichtet, daß im Permafrost mehr als doppelt so viel Kohlenstoff gebunden ist wie in der Atmosphäre (das nimmt man heute noch an) und dieser freigesetzt werden und die Erderwärmung plötzlich verschärfen könnte (von dieser Vorstellung ist man abgerückt).

Im Anschluß an ihren Vortrag stellte sich Dr. Turetsky dem Schattenblick für einige Fragen zur Verfügung.


Schattenblick (SB): Vor einigen Wochen wütete ein riesiges Wald- und Buschfeuer durch die kanadische Provinz Alberta. Haben solche Brände einen signifikanten Anteil am Auftauen des Permafrosts?

Merritt Turetsky (MT): In dem Gebiet, in dem es in diesem Jahr gebrannt hat, gibt es nicht viel Permafrost. Es liegt in einer Region mit sporadischem und sehr isoliertem Permafrost, der dort nur kleine Flächen einnimmt. Das ist zugleich der empfindlichste Teil des Permafrosts in Kanada, was bedeutet, daß er mit Sicherheit durch die Waldbrände verschwinden wird.

Aber wenn man sich weiter nach Norden in die Taiga der Northwest-Territories begibt, gelangt man in die echte diskontinuierliche Permafrostregion [1]. Und dort, das haben wir beispielsweise im Jahr 2014 erlebt, spielen Wildfeuer ganz sicher eine Rolle. Permafrost ist äußerst resistent gegenüber Veränderungen, wenn er unter einer dicken Torfschicht liegt. Er wird jedoch empfindlich reagieren, wenn die Biomasse durch Wildfeuer oder menschliche Eingriffe verlorengeht. Deshalb untersuchen wir das, nur eben ein bißchen weiter nördlich als die Waldbrände, die in diesem Sommer bei Fort McMurray entstanden waren.

SB: Was bedeutet in diesem Zusammenhang "empfindlich". Läßt sich sagen, wie viele Zentimeter tief ein Permafrost auftaut, wenn ein Wildfeuer darüber hinweggezogen ist?

MT: In manchen Gegenden beobachten wir anschließend einen Totalverlust des Permafrostes in der obersten, mehrere Meter dicken Schicht. Das mündet dann tatsächlich in Versackungen von Nadelwäldern, die zuvor auf stabilem Permafrost standen, zu Seen. Wir haben schon völlige Verluste innerhalb von wenigen Jahren nach so einem Waldbrand beobachtet, vor allem dann, wenn das Feuer sehr stark gewütet und die gesamte organische Masse vernichtet hat.

SB: Wird so ein Permafrost dann nie wieder zurückkehren?

MT: Das ist eine interessante Frage, denn wir wissen, daß der Permafrost im Laufe der Zeit manchmal zurückgegangen und dann wiedergekommen ist. Er unterliegt einem Zyklus, und das System hat sich über viele Jahrtausende entwickelt. Inzwischen beobachten wir allerdings als Folge des Klimawandels, daß es an der südlichen Grenze der Taigaregion für eine Neubildung des Permafrosts zu warm geworden ist. Dieser hat dort nur deswegen existiert, weil er durch die Ökosysteme vor der Wärme an der Oberfläche geschützt wurde. Vor einigen tausend Jahren war es dafür vielleicht noch kalt genug, aber heute ist es das nicht mehr.

Auf der anderen Seite kann sich Permafrost an manchen Orten durchaus wieder von neuem bilden. Das beschreiben wir als Resilienz: Permafrost taut nach einem Wildfeuer auf, aber anschließend bildet er sich wieder schnell. Herauszufinden warum es diese Unterschiede gibt, ist eine unserer Forschungsaufgaben.


Feuer und dicker schwarzer Rauch an fast dem gesamten Horizont, davor Nadelwald und wiederum davor ein See - Foto: KyleWiTh, freigegeben als CC BY-NC-SA 2.0 [https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/] via flickr [https://www.flickr.com/photos/kylewith/14435190829]

Waldbrand in den Northwest Territories, 80 km nördlich von Fort Providence, Juni 2014.
Foto: KyleWiTh, freigegeben als CC BY-NC-SA 2.0 [https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/] via flickr [https://www.flickr.com/photos/kylewith/14435190829]

SB: Erwarten Sie größere Verschiebungen im Ökosystem, wenn der Permafrost verschwindet?

MT: Selbstverständlich, die Art der Veränderung ist gravierend. Durch eine Permafrostregion könnten Sie mit festem Schuhwerk zu Fuß gehen. Wird es nur ein bißchen feuchter, können Sie Wanderschuhe tragen. Nachdem jedoch der Thermokarst in diese Eisrückengelände Einzug gehalten hat, benötigen Sie ein Boot, um sich fortzubewegen! Denn es handelt sich nun um eine Wasserlandschaft. Die kann innerhalb von fünf, sechs Jahren entstehen. Terrestrische Ökosysteme wandeln sich in aquatische Ökosysteme - das ist eine der dramatischsten Landschaftsveränderungen, die wir in den nördlichen Regionen beobachten können. Das werden wir noch zu unseren Lebzeiten im verstärkten Ausmaß erleben.

SB: Was sagen die Klimamodelle für Kanada voraus, wächst die Gefahr von Waldbränden mit der Erwärmung?

MT: Zweifellos. Kanada wird wärmer und trockener werden. Wir erwarten innerhalb der nächsten 50, 60 Jahre eine Verdreifachung der Waldbrandfläche. Das betrifft nicht nur die Ausbreitung der Brände, sondern auch ihre Stärke, beispielsweise wie tief im Boden sie brennen. Das ist nicht anders als bei einer Feuerstätte: je trockener das Holz, desto ergiebiger brennt es. Mindestens über die nächsten 100 Jahre erwarten wir eine Zunahme der Feueraktivitäten.

Interessant ist nun eine Hypothese, die wir noch überprüfen. Möglicherweise werden wir eine Verschiebung des Nadelwalds erleben, der gegenwärtig den borealen Wald beherrscht, hin zu einer Bedeckung mit Laubbäumen. Auf mineralischen Böden in borealen Regionen sind Laubbäume nämlich konkurrenzfähiger. Wenn die Brände so kräftig sind, daß sogar der Torf verbrennt, dann könnte es passieren, daß wir einen Wandel von Nadel- zu Laubwald erleben. Wenn das passiert, könnte das wiederum die Feueraktivität verringern. Denn Laubbäume haben die Eigenschaft, das Wasser effektiver zu binden, und sie haben weniger gut brennbares Material.

Unser Bilderbuchweihnachtsbaum dagegen hat eine Menge Zündstoff bis hinunter zum Boden. Er wartet nur darauf, daß ein Feuer ausbricht. Laubbäume sind dagegen wie Schornsteine, die den Brennstoff nur an der Spitze haben, und der ist darüber hinaus weniger leicht entflammbar.

Auf lange Sicht, über Jahrhunderte gerechnet, könnte man zunächst mit einer kurzfristigen Zunahme der Feueraktivität infolge des Klimawandels rechnen, aber dann umgekehrt mit einer Abnahme aufgrund der großmaßstäblichen Veränderungen innerhalb der Vegetation. Wir müssen also die Balance zwischen dem Einfluß des Klimas auf die Feueraktivität und der Brennbarkeit aufgrund der Zusammensetzung des Waldes erforschen.

SB: Wird es ebenfalls Einfluß auf den Boden haben, wenn dort manche Baumarten nicht mehr gedeihen?

MT: Ja, das trifft zu. Als Ökosystemforscherin bin ich interessiert daran zu verstehen, wie Vegetation und Böden miteinander interagieren und dadurch beispielsweise Kohlenstoff freigesetzt wird. Wir wissen, daß an manchen Stellen des Waldes der Permafrost vollkommen von den massereichen Deckschichten und dem Nadelwaldsystem abhängig ist. Die gesamte Landschaft verändert sich in Richtung Laubwaldbedeckung und wir werden dort wahrscheinlich weniger Permafrost antreffen. Auf der anderen Seite sehen wir, was ich vorhin beschrieben habe, wie durch die Thermokarstbildung Wälder in aquatische Systeme umgewandelt werden. Es ist sehr unwahrscheinlich, daß die irgendwann in naher Zukunft überhaupt noch einmal eine ausgeprägte terrestrische Vegetation aufweisen werden.

Manche Regionen werden auf eine Entwässerung angewiesen sein, in anderen geschieht das auf natürliche Weise, wenn der Permafrost zusammenbricht. Dann ist es so, als würde ein Abfluß geöffnet. So wird aus den nördlichen Gemeinden von katastrophalen See-Entleerungen über Nacht berichtet. Diese Seen waren von den Anwohnern beispielsweise zur Jagd genutzt worden, und plötzlich ist das gesamte Wasser verschwunden.

SB: Hier in Deutschland ist es in den letzten Wochen zu einigen gewaltigen Blitzereignissen gekommen. Was sagen die Klimamodelle für Kanada voraus: Wird die Blitzaktivität zunehmen?

MT: Ja, es wird mehr Blitze geben. Es gibt mehr Feuchtigkeit in dem System, eine größere Unruhe. Das ist alles in allem kein angenehmes Szenario: Auf der einen Seite werden wir als Folge der Erwärmung mehr entflammbares Material in der Landschaft haben und auf der anderen Seite mehr Blitzeinschläge. Man hat sozusagen mehr Zündmaterial und mehr Streichhölzer.

Außerdem bringen die Menschen ebenfalls mehr Zündstoff in die Region. Vor 50 Jahren gingen in Kanada 90 Prozent der Waldbrände auf Blitzeinschläge zurück. Heute sind es nur noch 50 Prozent, die andere Hälfte wurde von Menschen ausgelöst. Die Leute gehen sorglos mit ihren Lagerfeuern um, viele Menschen rauchen und werfen ihr Kippen aus dem Fenster. Das hat sich wirklich ganz stark verändert.

Kanada gibt bereits zig Millionen Dollar für das Feuermanagement aus. Bei Waldbränden werden Leute aus Australien, Südafrika und den USA geholt - manchmal wird auch das Militär zur Feuerbekämpfung angefordert. Ich kann mir gar nicht vorstellen, was passiert, wenn die Brände dreimal so intensiv werden.


Beim Vortrag - Foto: © 2016 by Schattenblick

Die Modelle berücksichtigen bislang noch keine lateralen Auftauprozesse.
(Vortrag Dr. Merritt Turetsky, 23. Juni 2016, Potsdam)
Foto: © 2016 by Schattenblick

SB: Läßt sich die Menge, die an Kohlenstoff freigesetzt werden könnte, wenn der Permafrost in Kanada weiter taut, einigermaßen abschätzen?

MT: Die Bandbreite der Modelle zu dieser Abschätzungen ist groß. Ich bin zwar keine Modelliererin, sondern arbeite vorwiegend im Feld, aber die Modelle reichen von Nettoaufnahme - was bedeutet, daß die Ökosysteme der Atmosphäre sogar noch Kohlenstoff entziehen, weil das Pflanzenwachstum verstärkt wird - bis zu sehr starken Kohlenstoffverlusten.

Die heutigen Modelle repräsentieren einige Prozesse, andere jedoch nicht. Niemand würde auf diese Modelle eine Wette abschließen. Sogar innerhalb des Zeitraums meiner kurzen Karriere haben sich die Modelle gewaltig verändert. Sie sind viel komplexer in dem geworden, was in ihnen berücksichtigt wird. Also, ich will hier nicht schlecht über die Modellierergemeinde reden, sie machen ihre Arbeit gut und überprüfen ihre Modelle auch. Aber es sind bislang noch sehr viele Dinge überhaupt nicht darin eingeflossen.

Bis zu einem gewissen Ausmaß wissen wir, daß die Pflanzen im Zuge der Klimaerwärmung mit verstärkter CO2-Bindung reagieren werden. An sehr vielen Stellen wird die Vegetation dichter und es wird mehr CO2 absorbiert. Aber wenn der Permafrost taut, werden wir ebenfalls eine starke Freisetzung von Kohlenstoff erleben. Das ist unvermeidlich. Es sind ungefähr 1300 Petagramm (Anm. d. SB-Red.: 1 Petagramm ist 1 Gigatonne bzw. 1.000.000.000 Mio. Tonnen) Kohlenstoff im Permafrost gelagert. Unsere bislang stichhaltigste Abschätzung lautet, daß ungefähr 20 Prozent davon potentiell freigesetzt werden könnten. Der Rest wird wahrscheinlich im Boden bleiben und vor dem Zerfall geschützt sein, beispielsweise in feuchten Umgebungen.

In früheren Projektionen wurde angenommen, daß 80 Prozent oder mehr des Permafrost-Kohlenstoffs in die Atmosphäre gelangen könnten. Heute wissen wir, daß das nicht zutrifft. Und die Freisetzung wird auch nicht schlagartig erfolgen, wie in einigen früheren Projektionen angenommen, sondern sich über viele Jahrhunderte erstrecken.

Über die Frage, in welcher Form der Kohlenstoff freigesetzt wird, ob als CO2 oder als CH4 - Methan -, besteht bis heute eine große Unsicherheit. Die Antwort auf diese Frage würde sehr verschiedene Folgen für das Klimasystem zeitigen, weil Methan ein sehr viel wirksameres Treibhausgas ist. Wie gesagt, es gibt noch zahlreiche Fragen, die geklärt werden müssen.

SB: Sollte die Gesellschaft wegen der Gefahren, die der Klimawandel mit sich bringt, versuchen zu verhindern, daß der Permafrost auftaut?

MT: Ja, denn wir wissen, daß die Kohlenstofffreisetzung aus Permafrost ihren eigenen Beitrag zur globalen Erwärmung beitragen wird. Wenn wir also daran interessiert, bestimmte Grenzwerte des globalen Klimas einzuhalten und unter einem bestimmten Wert der globalen Erwärmung zu bleiben - ob man nun den 1,5-Grad- oder den 3-Grad-Wert zugrunde legt -, wird man Permafrost sein eigenes Klimasignal zusprechen.

Das Problem besteht darin, daß wir von einer Transformation der Permafrostlandschaften sprechen. Diese befinden sich in entlegenen Regionen und sind ungeheuer weitläufig. Wir kennen keine technische Lösung, um ein Auftauen des Permafrostes zu verhindern. Wir müssen die globalen Treibhausgasemission begrenzen, um die Erwärmung zu verringern. Dies wäre das beste in unserem Interesse. Das ist ein bißchen wie ein Zug vor der Abfahrt: Hat er sich erst einmal in Bewegung gesetzt, ist er nur noch schwer zu stoppen. Das ganze System nimmt Fahrt auf.

SB: Frau Turetsky, vielen Dank für das Gespräch.


Aufgrund von langsamen Hangrutschungen eines periodisch aufgetauten Permafrostbodens wachsen die Bäume so schief, als seien sie betrunken - Foto: Adam Jones, freigegeben als CC BY-SA 2.0 [https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/] via Flickr

"Betrunkene Bäume" - typisches Phänomen einer Permafrostlandschaft.
(In der Nähe von Ft. McPherson, Yukon Territory, Kanada, 3. August 2013.
Foto: Adam Jones, freigegeben als CC BY-SA 2.0 [https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/] via Flickr


Fußnote:


[1] In der Wissenschaft wird zwischen kontinuierlichem Permafrost (mehr als 90% einer Region dauergefroren), diskontinuierlichem Permafrost (mehr als 50% einer Region dauergefroren) und sporadischem Permafrost (10%-50% der Fläche dauergefroren) unterschieden.


Bisher im Schattenblick unter INFOPOOL → UMWELT → REPORT zur Permafrostkonferenz in Potsdam erschienen:

INTERVIEW/227: Gitterrost und Permafrost - Zahlenspiele, Umweltziele ...    Prof. Hans-Wolfgang Hubberten im Gespräch (SB)
INTERVIEW/228: Gitterrost und Permafrost - Schrittmacher Menschenhand ...    Prof. Guido Grosse im Gespräch (SB)
INTERVIEW/229: Gitterrost und Permafrost - bedingt prognosesicher ...    Prof. Antoni Lewkowicz im Gespräch (SB)
INTERVIEW/230: Gitterrost und Permafrost - zivile Katastrophen ...    Dr. Tingjun Zhang im Gespräch (SB)
INTERVIEW/234: Gitterrost und Permafrost - Flirt mit Ideen, Karriere mit konservativen Methoden ...    Dr. Anne Morgenstern im Gespräch (SB)
INTERVIEW/235: Gitterrost und Permafrost - nicht hören, nicht sehen ...    Dr. Torre Jorgenson im Gespräch (SB)
INTERVIEW/238: Gitterrost und Permafrost - maßstabslos ...    Prof. Duane Froese im Gespräch (SB)
INTERVIEW/239: Gitterrost und Permafrost - Pragmatik trifft Unberechenbarkeit ...    Prof. emer. Wilfried Haeberli im Gespräch (SB)


20. Juli 2016


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