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INTERVIEW/248: Gitterrost und Permafrost - hochkomplex und doch eindeutig ...    Dr. Frans-Jan W. Parmentier im Gespräch (SB)


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

Dr. Frans-Jan W. Parmentier darüber, wie sich tauender Permafrost und schwindendes Meereis gegenseitig beeinflussen und über andere noch wenig beachtete Wechselwirkungen im Klimageschehen ...



Ein Blick über eine gebrochene Meereisfläche im arktischen Sommer 2015 - Foto: 2015 Alfred-Wegener-Institut / Mario Hoppmann (CC-BY 4.0)

Das Nordpolarmeer steuert eisfreien Zeiten entgegen.
Foto: 2015 Alfred-Wegener-Institut / Mario Hoppmann (CC-BY 4.0)

Lange Zeit galt der hohe Norden als Sinnbild für klirrende Kälte, Eis und Schnee. Doch inzwischen zeigt sich der Klimawandel nirgends so deutlich wie hier. Das unerwartet schnelle Schmelzen von Meereis in der Arktis ist einer der dramatischsten Belege dafür. Im September 2007 bedeckte es nur noch eine Fläche kaum halb so groß wie Europa: ein Verlust von beinahe 40 Prozent gegenüber dem Mittel der achtziger und neunziger Jahre, wie das Nationale Schnee- und Eisdatenzentrum der USA ausrechnete. 2012 wurde dieser Minusrekord bereits um 23 Prozent unterschritten. [1] Seit 1995 und zunehmend schnell seit der Jahrtausendwende erwärmt sich das Nordpolarmeer. Im Sommer 2007 lag die Temperatur im Bereich der Beringsee zwischen Alaska und Ostsibirien um fünf Grad Celsius über dem langjährigen Mittel. Seither erwärmt sich die Arktis rascher, als es globale Klimamodelle prognostizieren, und doppelt so schnell wie der Rest der Welt. Gletscher auf Grönland verblüffen mit erhöhten Abschmelzraten. Und Klimaforscher erwarten für die Zukunft einen noch stärkeren Rückgang des Meereises, so daß der Arktische Ozean schon in wenigen Jahrzehnten zumindest in der Sommersaison weitgehend eisfrei sein könnte.

Ausdehnung und Dicke der Meereisfläche gelten daher für Klimaforscher als eine Art Frühwarnsignal für die globale Situation. Zudem bilden die dynamischen Prozesse ein kritisches Element im Erdsystem, denn je weniger helles Eis das Sonnenlicht ins All zurückstrahlt und je mehr dunkle Ozeanflächen Wärme aufnehmen, umso stärker werden nicht nur die Schmelzvorgänge des Meereises beschleunigt, sondern auch die gesamte Erwärmung der Erdatmosphäre.

Regional verändern sich durch die Schmelzvorgänge Luftströmungen und Luftfeuchtigkeit, so daß der Rückgang des Meereises beispielsweise auch für Deutschland konkrete Auswirkungen wie eine auffällige Steigerung an extrem kalten Wintern zum Beispiel durch die Änderung des Polarwirbels [2] haben könnte. Bereits um die Jahrtausendwende wurde eine systematische Verlagerung von Luftdruckzentren im Winterhalbjahr nach Nordosten registriert, die sich auf die Zirkulation der Atmosphäre im Hohen Norden auswirkt und - wie Forscher es nennen - von einem "abrupten Klimaänderungsmuster" und einem ausgeprägten "atmosphärischen und ozeanischen Hitzetransport" polwärts gekennzeichnet wird. All das weist darauf hin, daß das Klima im Nordpolargebiet bereits einen ersten Kipp-Punkt überschritten hat, ab dem es kein Zurück mehr gibt, aber auch, daß möglicherweise noch nicht alle Zusammenhänge, die Einfluß auf das Klima nehmen, vollständig verstanden sind.


Die übereinandergelegten graphischen Kurven für die Meereisbedeckung, Temperatur und Methan-Emissionen aus sibirischen Permafrostregionen zeigen zeitlich gleiche Minima und Maxima - Grafik: by Parmentier et al., GRL, 2015; Foto: © 2016 by Schattenblick

Frappante Parallelentwicklung
Grafik: by Parmentier et al., GRL, 2015; Foto: © 2016 by Schattenblick

Daß die Meereisentwicklung Einfluß auf ein weiteres großes Klimawandelphänomen, nämlich das Tauen des Permafrostes, haben könnte, aber auch umgekehrt, war eines der vielen Themen, die auf der ICOP 2016, der 11. Internationalen Permafrostkonferenz, besprochen wurden, die das Alfred-Wegener-Institut Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) vom 20. bis 24. Juni 2016 in Potsdam veranstaltet hat.

Dr. Frans-Jan W. Parmentier ist der Leitautor einer Studie der Lund Universität in Schweden, die er gemeinsam mit Torben R. Christensen zu den Auswirkungen, die der Meereisrückgang auf die Ökosysteme an Land hat, herausgab. Der Wissenschaftler, dessen Arbeiten auch im Rahmen des Arctic Monitoring and Assessment Programme AMAP von der UN und dem Arktischen Rat geschätzt und gefördert werden, hat die Methanemissionen von 2005 bis 2010 in den höheren Breiten analysiert und darin 1,7 Teragramm pro Jahr höhere Methanemissionen gefunden, als in den davorliegenden Vergleichsjahren. In einer grafischen Darstellung ergeben sich daraus frappante Parallelen zu den Temperaturmessungen wie auch zu Dicke und Ausdehnung der arktischen Meereisfläche. Über die wärmeabhängigen Prozesse des Pflanzenstoffwechsels - sowohl lichtabhängige Photosynthese wie auch die Dissimilation oder Zellatmung - sieht er weitere Möglichkeiten, wie Kohlenstoffkreisläufe als Stellschrauben im Klimasystem fungieren können.

Im Anschluß an seinen Vortrag erläuterte er dem Schattenblick seine Arbeit.


Frans-Jan Parmentier im Interview - Foto: © 2016 by Schattenblick

"Wie um alles in der Welt kann es im Norden derart warm werden?"
Foto: © 2016 by Schattenblick

Schattenblick (SB): Das Meereis des arktischen Ozeans schwindet unerklärlich schnell. Mit den steigenden Treibhausgas-Emissionen, so sagen die Experten, läßt sich das nicht mehr erklären. Wie sind Sie darauf gekommen, es könnte hier eine wechselseitige Beziehung zum tauenden Permafrost bestehen?

Frans-Jan Parmentier (FJP): Das geht auf meine Zeit in der Forschungsstation Kytalik [3] in der nordostsibirischen Tundra zurück, wo ich für meine Doktorarbeit Untersuchungen und Messungen von CO2- sowie Methanemissionen im Permafrost durchgeführt habe. In drei aufeinanderfolgenden Jahren war ich sieben Mal in der Station und habe insgesamt sechs Monate dort verbracht. Die Station liegt 71 Grad nördlicher Breite. Das ist in etwa auf der Höhe des Nordkap. Und trotzdem hatten wir, als ich das erste Mal dort war, Außentemperaturen von etwa 30 Grad. Da habe ich mich doch sehr gewundert, warum es um alles in der Welt so weit im Norden derart warm werden konnte. Das war 2007 und als ich dann nach Hause kam, sah ich in den Nachrichten, daß es etwa auf dem gleichen Breitengrad, auf dem die Forschungsstation liegt, und etwa zur gleichen Zeit auch einen massiven Meereisrückgang gegeben hatte. Daß dies in irgendeiner Weise miteinander korrelieren mußte, war ein naheliegender Gedanke, der mein Interesse an diesem speziellen Phänomen und wie es sich auf die Temperaturen in der Arktis auswirken könnte, geweckt hat, auch wenn eine Verbindung zwischen den beiden Naturereignissen nicht unbedingt offensichtlich ist.

SB: Wie würden Sie jemand, der davon wenig bis keine Ahnung hat, Ihre bislang wichtigsten Erkenntnisse und Forschungsergebnisse bei der Untersuchung dieser Zusammenhänge erklären?

FJP: Es wird allgemein sehr viel über den bevorstehenden Klimawandel gesprochen, doch im Nordpolargebiet geschieht er bereits. Die Arktis erwärmt sich etwa doppelt bis viermal so schnell wie die restliche Welt. Einer der wesentlichen Gründe, warum die Erwärmung in dieser Region so rapide voranschreitet, ist das Verschwinden des Meereises, das normalerweise wie ein Spiegel funktioniert. Das heißt, es wird eine große Menge des Sonnenlichts durch die weiße, funkelnde Fläche des vorhandenen Meereises in den Weltraum zurückreflektiert. Wenn dieser Spiegel aber nicht mehr da ist, kann die dunkle Wasserfläche das Sonnenlicht absorbieren. Dadurch erwärmt sich das Wasser. Dieser Prozeß findet bereits statt, wie sich an den hohen Temperaturen in der Arktis ablesen läßt. Die Wassertemperatur hat jedoch nicht nur ein weiteres Abschmelzen des Meereises zur Folge, sie erwärmt auch die Luftschicht darüber und wirkt sich durch entsprechende Strömungen auf die bodennahen Lufttemperaturen auf dem Festland und die dortige Vegetation aus. Durch höhere Temperaturen wird das Pflanzenwachstum, d.h. sowohl die Photosynthese als auch die Atmung, stimuliert. Und alles zusammen hat auch einen direkten Einfluß auf das Auftauen des darunterliegenden Permafrostbodens und bewirkt folglich eine Veränderung der Kohlenstoffkreisläufe des gesamten Ökosystems, was sich ebenfalls auf das wärmer werdende Klima und seinen Folgen auswirkt. So könnten etwa zusätzliche Methanemissionen aus den Feucht- und Sumpfgebieten auch wieder mit dem schwindenden Meereis in Verbindung gebracht werden.

SB: Werden diese Wechselwirkungen in der Klimaforschung noch unterschätzt?

FJP: Ehrlich gesagt, gibt es nicht viele Forscher, die sich mit dieser Thematik beschäftigen. Ich denke, es hängt davon ab, was man im einzelnen untersucht und herausfinden möchte. Viele Klimaforscher konzentrieren sich eher auf die globale Erwärmung als Ganzes. Ich vertrete den Standpunkt, wenn man den weltweiten Temperaturanstieg als Problem erfassen und bewerten will, dann kommt man um die Veränderungen des Meereises als einen wesentlichen Antrieb der Erwärmung nicht herum. Mit den einzelnen Prozessen, die ich innerhalb meiner eigenen Forschung beobachte, befassen sich sehr viele Wissenschaftler. Ob man die Verbindung zwischen Meereis und Permafrost sieht oder nicht, ist somit eine Frage der Stellungnahme, inwieweit man sich auf diese Fragestellung einläßt oder wie nahe man ihr in der Interpretation der Daten kommen will. Aber die Daten selbst sind für alle gleichermaßen zugänglich. Die Prozesse, die zu diesen Meßergebnissen führen, sind Grundlage vieler Forschungsarbeiten.

SB: Kippelemente oder Tipping Points, die einen Moment der Entwicklung darstellen, in dem sich die Prozesse verselbständigen und gegenseitig verstärken, bilden in den Vorhersagen und Prognosen einen starken Unsicherheitsfaktor. Was danach geschieht, kann eigentlich niemand voraussehen.

Könnten Sie sich vorstellen, daß sich auch aus den sich gegenseitig verstärkenden Einflüssen aus tauendem Permafrost und Meereisrückgang ein ganz neuer Tipping Point entwickeln könnte, der die negativen Entwicklungen in beiden Fällen zusätzlich beschleunigt?

FJP: Wenn man die Entwicklung des Meereises ansieht, so sagen sämtliche Modelle und Prognosen nur einen weiteren Rückgang angesichts der steigenden Temperaturen voraus. Das Nordpolarmeer steuert einem zumindest saisonal vollständig eisfreiem Zustand entgegen. Von daher könnte man sagen, der Tipping Point ist hier schon längst überschritten. Es sei denn, man findet einen Weg, die Erdatmosphäre wieder abzukühlen, so daß sich Meereis in seinem früheren Ausmaß neu bilden kann. Diese Entwicklung wäre an sich durchaus reversibel, allerdings würde sie sehr lange dauern.

Über das künftige Verhalten des tauenden Permafrostsgebietes etwas zu sagen, ist dagegen viel schwerer. Zunächst einmal gibt es sehr viel Permafrost auf der Welt und das Abtauen ist kein schneller Prozeß. Die Folgen des allmählichen Abtauens kann man überhaupt nur in den Randbezirken des Permafrosts, etwa in Skandinavien, wahrnehmen. Dort kann man sicher davon ausgehen, daß der Permafrostboden wohl zum größten Teil unausweichlich verschwinden wird. Aber in der Mitte von Sibirien ist der Permafrostboden einige hundert Meter dick gefroren. Und der wird da auch noch eine Weile bleiben.

SB: Welche nächsten Schritte oder Untersuchungen müßten Ihrer Meinung nach angestrebt werden, um den Einfluß von Meereis auf Permafrost und umgekehrt vollständig zu verstehen?

FJP: Es gibt zwei Richtungen, in denen man in dieser Forschung weitergehen könnte. Einmal, indem man ergänzende Messungen vornimmt, denn die Stellen, an denen rund um die Arktis Temperatur- und Emissionswerte ermittelt wurden, sind noch dünn gesät. Das heißt, um unsere Vermutung zu bestätigen und mit Meßergebnissen zu stützen, müßten noch sehr viel mehr Untersuchungen gemacht und ein dichteres Netz an Meßstellen gezogen werden, die vor allem auch im arktischen Winter Meßdaten liefern, da die meisten Untersuchungsergebnisse im arktischen Sommer gemacht wurden, weil es dann leichter ist. In der anderen Richtung werden Modelle und verschiedene Szenarios für die Meereisentwicklung genutzt, um sie dann mit den bereits gewonnenen Kenntnissen zu unterfüttern und zu sehen, inwieweit sie die Entwicklung widerspiegeln, die die Region unserer Meinung nach nehmen wird.

SB: Würden Sie sagen, daß der Faktor Eis und sein chemisches und physikalisches Verhalten für sich genommen auch etwas ist, über das man mehr wissen und das man erforschen sollte? Oftmals verhält sich Eis geradezu unorthodox und unberechenbar, vielleicht ja, weil man einfach zu wenig darüber weiß?

FJP: Ich persönlich setze bei meiner Forschung voraus, daß die gesamte Menge an Meereis schmelzen wird und nehme den momentanen Stand, wie er ist, und untersuche klimatische Einflüsse an Land wie den Kohlenstofftransport im Boden. Aber es gibt Kollegen von mir, welche die Meereissituation noch genauer hinterfragen und dabei auch die Chemie des Meereises näher untersuchen. Sie wollen in den letzten Jahren auch im Eis selbst noch weitere Veränderungen festgestellt haben. Im Unterschied zu meiner Forschung untersuchen diese Wissenschaftler die CO2- oder Methanemissionen des Ozeans. Sie konnten feststellen, daß beim Schmelzen des Meereises eine größere Menge CO2 zusätzlich vom Wasser aufgenommen werden kann. Also wieviel CO2 oder Methan emittiert oder aufgenommen wird, hat ebenfalls mit diesen Schmelzprozessen zu tun.

SB: Könnten Sie sich vorstellen, daß es noch weitere Faktoren und Wechselwirkungen im arktischen Klimageschehen gibt, die bislang noch nicht berücksichtigt wurden und sollte man sich darum kümmern?

FJP: Man kann momentan eine größere wissenschaftliche Aufmerksamkeit feststellen, die sich auf biologische Aspekte konzentriert, etwa die Vegetation auf den Permafrostgebieten. Zwischen Permafrost und Pflanzenbewuchs gibt es eine eindeutige Beziehung, die sich nicht ignorieren läßt. Wenn man wissen will, wie sich das Abtauen des Permafrosts auf die Atmosphäre auswirkt, dann kann man sich nicht nur den Permafrost ansehen, sondern man muß auch Beziehungen oder Wechselwirkungen mit anderen Faktoren berücksichtigen. Dazu gehört die Vegetation ebenso wie der Schnee. Und erst wenn man alle Faktoren berücksichtigt, kann man Aussagen über größere Klimasysteme machen.

SB: Sie erwähnten in Ihrem Vortrag die Schneebedeckung über dem Permafrost und wie sich durch die zunehmende Verdunstung und Feuchtigkeit der Luft die Schneeverhältnisse verändern. Können Sie erläutern, warum gerade dieser Faktor für den tauenden Permafrost so wichtig ist?


Plakative Darstellung, wie sich das schmelzende Meereis auf Vegetation und Wetter (Schnee) an Land auswirken kann. - Grafik: by Parmentier et al., GRL, 2015; Foto: © 2016 by Schattenblick

Schwindendes Meereis unterstützt die Tauprozesse an Land über zwei Wege.
Grafik: by Parmentier et al., GRL, 2015; Foto: © 2016 by Schattenblick

FJP: Die Wirkung ist eigentlich ganz ähnlich wie die von Meereis, die ich gerade beschrieben habe. Eine Schneedecke ist sehr hell, absorbiert also weniger und reflektiert gleichzeitig eine ganze Menge an Sonnenlicht. Das heißt, wenn der Schnee aufgrund der wärmeren Verhältnisse früher schmilzt, dann kann mehr Sonnenenergie vom Boden oder auch von der gesamten Landschaft aufgenommen werden. Dadurch wird es wieder insgesamt wärmer. Und gleichzeitig können wir beobachten, daß das Pflanzenwachstum früher einsetzt und diese Pflanzen auch früher damit anfangen, Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufzunehmen. Daneben aber taut der Permafrost aufgrund der zusätzlichen Wärme weiter ab. Es gibt also eine ganze Reihe von widersprüchlichen oder gegenläufigen Prozessen, die sich unter Umständen sogar gegenseitig behindern. Was dabei am Ende tatsächlich herauskommen wird, können wir noch nicht sagen.

SB: Vielen Dank Dr. Parmentier für das Gespräch.


Frans-Jan Parmentier während seines Aufenthalts in der Forschungsstation Kytalik [3] in der nordostsibirischen Tundra. - Foto: by Parmentier (CC-BY-NO-SA-4.0)

Forscher im Feld
Foto: by Parmentier (CC-BY-NO-SA-4.0)


Anmerkungen:

[1] Mehr zum Thema Meereisminimum im Schattenblick findet sich im folgenden Bericht:
http://www.schattenblick.de/infopool/umwelt/report/umrb0028.html

[2] Siehe unter INFOPOOL → UMWELT → REPORT
INTERVIEW/243: Forschung, Klima und polar - noch viele Fragen ...    Prof. Dr. Martin Riese im Gespräch (SB)

[3] Fotos, Filme und Eindrücke aus dieser Zeit finden Sie hier:
http://www.thissideofthearctic.org/fieldwork.php


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

BERICHT/120: Gitterrost und Permafrost - Genaues weiß man eben nicht ... (SB)

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)
INTERVIEW/241: Gitterrost und Permafrost - terrestrische Wandlungen ...    Dr. Merritt Turetsky im Gespräch (SB)
INTERVIEW/242: Gitterrost und Permafrost - Am Beispiel Mars ...    Dr. Andreas Johnsson im Gespräch (SB)
INTERVIEW/244: Gitterrost und Permafrost - den Elementen Zivilisation abgewinnen ...    Dr. Nikolay Shiklomanov im Gespräch (SB)
INTERVIEW/245: Gitterrost und Permafrost - CO2 und Wiederkehr ...    Dr. Peter Köhler im Gespräch (SB)
INTERVIEW/246: Gitterrost und Permafrost - Emissionsanstieg CO2 absehbar ...    Prof. Kevin Schaefer im Gespräch (SB)
INTERVIEW/247: Gitterrost und Permafrost - normale Werte, Stolpersteine und Geduld ...    Prof. Torsten Sachs im Gespräch (SB)

16. August 2016


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