Sibirien

Permafrost

Im Untergrund unserer Erde befinden sich riesige Kältekammern – die Permafrostböden. Doch diese so wichtigen und weit verbreiteten Böden sind stark gefährdet: Der Permafrost taut. Das hat besorgniserregende Folgen.

Von Daniel Schneider

Was ist Permafrost?

Permafrost wird durch Zeit und Temperatur definiert: Wenn Böden in zwei aufeinanderfolgenden Jahren durchgängig eine Temperatur von höchstens null Grad aufweisen, gelten sie als Permafrostböden. Diese Dauerfrostböden werden in zwei Schichten eingeteilt: der aktiven und der gefrorenen Schicht. Die aktive, obere Schicht, taut jeden Sommer, darunter bleibt der Boden ganzjährig gefroren.

Die gefrorene Schicht beginnt, je nach Region, ab einer Tiefe von einigen Zentimetern oder auch erst nach über 20 Metern. Im Sommer können durch die aktiven Schichten in manchen Gegenden ganze Seen entstehen, wie in der Tundralandschaft Sibiriens.

Die untere, dauerhaft gefrorene Schicht kann bis zu 1500 m tief sein. Häufig ist Permafrost mit Eis kombiniert. Die Beschaffenheit der Böden ist unterschiedlich. Permafrostboden kann aus Erde, Schutt, Stein und organischem Material wie Pflanzenresten oder aus Mooren bestehen.

Etwa ein Viertel der gesamten Landfläche unserer Erde ist Permafrostgebiet. Verbreitet ist der Dauerfrostboden vor allem in den polaren Zonen, also in Ländern wie Russland, Kanada und China; aber auch in den Hochgebirgszügen wie den Anden, dem Himalaja oder in den Alpen. In Deutschland gibt es Permafrost nur auf der Zugspitze.

Tauender Permafrost beschleunigt den Klimawandel

Durch die weltweit steigenden Temperaturen der Erde erwärmen sich auch die gefrorenen Böden. Der Permafrost taut. Das hat weitreichende Folgen.

Solange der Permafrostboden noch gefroren ist, können die abgestorbenen Tier- und Pflanzenreste als organisches Material nicht zersetzt werden. Doch sobald der Permafrost taut, werden die dafür notwendigen Bakterien aktiv.

Die sorgen dafür, dass der bisher durch die Kälte gebundene Kohlenstoff, der ein wichtiger Bestandteil jedes Lebewesens ist und organisches Material zusammenhält, als Treibhausgas in die Atmosphäre gelangt. Das führt wiederum zu einer noch schnelleren Erwärmung des Klimas  – und zu schneller tauenden Permafrostböden in einer riesigen Größenordnung: "Wissenschaftler gehen davon aus, dass dadurch bis zum Jahr 2030 rund 60-80 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in die Atmosphäre gelangen", sagt Lothar Schrott. Der Professor für Physische Geografie von der Universität Bonn erforscht den Permafrost.

"Da der Permafrost an der Erdoberfläche quasi unsichtbar ist, wird die Gefahr, die davon ausgeht, in der breiten Öffentlichkeit nicht wahrgenommen", sagt Lothar Schrott. "Der tauende Permafrost wird unterschätzt. Und das schon seit Jahrzehnten."

Das Ökosystem der Erde ist gefährdet

Die erhöhten Temperaturen verändern besonders in Gebieten mit flachem Permafrost die Wasserverhältnisse im Boden. Das hat Auswirkungen auf die Erdoberfläche. Das Oberflächenwasser der aktiven Schicht läuft durch den Tauvorgang ab. Sümpfe und Flüsse trocknen aus.

Das beeinflusst auch die Vegetation. Tierarten, die in den Permafrostgebieten leben, haben sich im Lauf der Evolution an die Bedingungen angepasst und sorgen für ein passendes Ökosystem. Das gerät durch die steigenden Temperaturen in ein Ungleichgewicht.

Und das ist nicht die einzige Gefahr. Prof. Guido Grosse leitet die Sektion Permaforschung am Alfred-Wegener-Institut. Er ist sich sicher, dass weitere Schadstoffe freigesetzt werden. Die Arktis ist im 20. Jahrhundert regelmäßig als Müllhalde benutzt worden. Radioaktiver Müll und Industrieabfälle schlummern im Permafrostboden. "Für viele Regionen ist unbekannt, was da überhaupt liegt und wohin das Material gelangen wird, wenn es dort taut", sagt Grosse.

In Hochgebirgen trägt der Permafrost bislang maßgeblich dazu bei, dass die Felsen und Hänge stabil bleiben. Hier reichen auch kleine Erwärmungen, um Felsstürze auszulösen.

Neben den globalen Auswirkungen hat die Erderwärmung in Zusammenhang mit dem Permafrost auch Folgen für dicht besiedelte Gebiete. Im russischen Jakutien ist das bereits jetzt spürbar und sichtbar: Hier steht eine Großstadt komplett auf Permafrostboden.

Die Häuser in Jakutsk wurden auf Stelzen gebaut, die acht bis zehn Meter in den Boden geschlagen wurden. Früher hielt der Permafrost sie stabil im Boden zusammen. Mittlerweile sinken die Stelzen immer tiefer, die Häuser bekommen Risse. Auch Eisenbahnschienen, Flugzeuglandebahnen und Straßen sacken ab.

"Trotz dieser sichtbaren Auswirkungen wird das Problem des schmelzenden Permafrosts immer noch unterschätzt", sagt Lothar Schrott. "Das ist keine Grundlagenforschung mehr, die wir betreiben. Menschen werden ihre Heimat verlassen müssen. Durch den tauenden Permafrost wird es zu Migrationsbewegungen kommen."

Mit Schallwellen auf den Spuren des Permafrosts

Durch seine Forschung trägt Geografieprofessor Schrott dazu bei, besser zu verstehen, wo sich der Permafrost ausbreitet. Denn noch längst sind nicht alle Gebiete bekannt, in denen Permafrost vorkommt. "Vor allem in den Hochgebirgen ist das Thema komplexer als in den polaren Regionen. Hier gibt es auf kleinem Raum große Veränderungen. Zum Beispiel die Temperaturunterschiede zwischen den kühleren Nord- und den wärmeren Südhängen.“

Identifizieren können Forscher den Permafrost durch unterschiedliche Methoden, zum Beispiel durch Bohrungen. Die Bohrung verrät den Forschern einiges über die unmittelbare Stelle der Bohrung. Um flächendeckend zu forschen, müsste allerdings in regelmäßigen und kurzen Abständen immer wieder gebohrt werden. Das ist praktisch nicht umsetzbar.

Auch mit Seismik – einer Methode, durch die der Untergrund mit Hilfe von Schallwellen untersucht wird – können Permafrostböden gefunden werden. Anhand der Laufzeit der Geschwindigkeit von Schallwellen können unterschiedliche Materialien identifiziert werden. Solche Methoden sind allerdings zeitaufwändig und teuer.

Manchmal ist der Permafrost auch deutlicher sichtbar, zumindest für Experten wie Lothar Schrott: In Hochgebirgen bilden Schutt-Eisgemische an der Oberfläche eine Zungenform, ähnlich einem Eisgletscher. Lothar Schrott erforscht diese Form des Permafrosts zum Beispiel in den Anden.

Fossile Funde aus einer anderen Zeit

Wenn der Permafrost taut, kommen auch Dinge ans Licht, die seit vielen Jahrtausenden im Eis eingeschlossen waren: Mammutknochen etwa, uralte Pflanzenreste, eiszeitliche Werkzeuge und Tierkadaver.

Besonders deutlich zeigen sich die Auswirkungen der Erderwärmung am Batagaika-Krater im russischen Jakutien. Vor einigen Jahrzehnten, als bei Straßenbauarbeiten Wald gerodet und dabei die obere Schicht des Permafrostbodens entfernt wurde, entstand die Vertiefung. Der Permafrost begann zu tauen und die Erde sackte in sich zusammen. Mittlerweile ist der Krater mehr als 1000 Meter breit und über 100 Meter tief und damit der größte Permafrostkrater der Welt. Und er wächst weiter.

Das tiefe Loch brachte auch einen spektakulären Fund ans Tageslicht: 2018 fanden Forscher hier das Fossil eines Pferdes. Bei dem Fohlen handelt es sich um ein bis zu 40.000 Jahre altes Exemplar einer Wildpferdart, die in der Eiszeit lebte. Der Permafrost hatte es perfekt konserviert: Das etwa mit zwei Monaten verstorbene Tier war nahezu unversehrt.

Aufhalten lässt sich das Tauen des Permafrosts nicht. Zumindest nicht, solange die Erderwärmung in dem aktuellen Maß fortschreitet. Der Tauprozess kann nur verlangsamt werden.

In den Alpen werden Bauwerke mit Kühlungsaggregaten gesichert. Auch weiße Farbe verlangsamt die Erwärmung. Im grönländischen Sønderstrømfjord wurde die Landebahn des Flughafens mit einer kreideweißen Spezialfarbe gestrichen. Das Sonnenlicht wird so reflektiert und der Permafrost hielt sich einen Meter näher an der Oberfläche als unter schwarzem Asphalt.

(Erstveröffentlichung 2022. Letzte Aktualisierung 07.04.2022)