KoPf - Kohlenstoff im Permafrost

Kohlenstoffumsatz und Treibhaugasfreisetzung aus tauendem Permafrost Nordostsibiriens unter sich ändernden Umwelt- und Klimabedingungen

Permafrostgebiete sind ein zentrales Element in unserem Klimasystem. Über Jahrtausende haben die Böden dieser Regionen enorme Mengen an Kohlenstoff eingelagert. Durch den globalen Klimawandel tauen die Dauerfrostböden in Nordsibirien nun auf. Der im Boden gespeicherte Kohlenstoff wird dabei verstärkt in die Treibhausgase Kohlenstoffdioxid und Methan umgewandelt. Gleichzeitig können die dortigen Pflanzen aber nun auch verstärkt Kohlenstoff auf der Atmosphäre aufnehmen. Die daraus resultierenden Rückkopplungs-mechanismen zwischen Kohlenstoffkreislauf und Klima könnten den Klimawandel daher weiter beschleunigen oder aber die Folgen dämpfen. Ein besseres Verständnis dieser Prozesse und ihrem Einfluss auf den Kohlenstoffhaushalt sind daher von entscheidender Bedeutung um die aktuelle und zukünftige Entwicklung der sensitiven aber wirtschaftlich wichtigen arktischen Permafrostgebiete zu verstehen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert daher das multidisziplinäre Verbundprojekt „KoPf – Kohlenstoff im Permafrost“, welches die Bildung, Umsetzung und Freisetzung von Kohlenstoff in den unterrepräsentierten Permafrostgebieten Sibiriens untersucht.

Das Projekt läuft für 3 Jahre vom 01.06.2017 bis zum 31.05.2020.

Verteilung von permafrostbeeinflussten Böden in verschiedenen Permafrostgebieten der nördlichen Hemisphäre. Nordostsibirien ist vergleichsweise wenig untersucht (Hugelius et al., Biogeosciences 2018).

Ziel des Verbundprojekts ist es, die Kohlenstoffdynamik in Nordostsibirien durch Beobachtungen vor Ort und mithilfe von Rechenmodellen zu analysieren. Beteiligt sind mehrerer deutsche Universitäten und Forschungseinrichtungen, die sich mit Modellierung, mikrobiellen Kohlenstofftransformation, und Kohlenstoffflüssen zwischen Böden, Pflanzen, und der Atmosphäre befassen. Die riesigen sibirischen Permafrost-Gebiete sind nur schwer zugänglich. Daher ist auch die enge Zusammenarbeit mit langjährigen russischen Partnern von großem Vorteil für das Verbundprojekt. Durch ein besseres Verständnis der Umsatzprozesse und den damit verbundenen Treibhausgasemissionen auf Landschaftsebene sollen der zukünftige Kohlenstoffhaushalt dieser Ökosysteme berechnet werden.

Die zentralen Forschungsfragen sind:

  • Wie viel des in arktischen Böden gespeichertem organischen Kohlenstoffs kann zu den Treibhausgasen Kohlenstoffdioxid und Methan umgewandelt werden? Wie schnell laufen diese Umwandlungsprozesse ab?
  • Wie verändert sich die mikrobielle Gemeinschaft in permafrostbeeinflussten Böden und welche Auswirkungen hat das auf die langfristige Bildung von Treibhausgasen?
  • Wie stark trägt die Tundra zur globalen Erwärmung bei? Wann und unter welchen Bedingungen wandelt sich die sibirische Tundra von einer Kohlenstoffsenke in eine Kohlenstoffquelle?
  • Welche zeitliche und räumliche Variabilität weisen die Prozesse des Kohlenstoffkreislaufes in sibirischen Permafrostlandschaften auf?
  • Wie reagiert das Klima auf die Umweltveränderungen in der Arktis?

Um diese Fragen zu beantworten, ist KoPf in vier Teilprojekte unterteilt:

Neuigkeiten

Publikation

Die Zerlegung CO2 Flüssen (erhoben mit der Eddy Kovarianz Methode) in Respiration und Photosynthese wurde nicht, wie üblich, nur für den gesamten Footprint durchgeführt, sondern stattdessen für jeweils zwei Vegetationsklassen. Dabei konnte eine unterschiedliche Saisonalität in den Nettoaufnahmen von Büschen und Seggen aufgedeckt werden. Somit ist die Flusszerlegung ein nützliches Werkzeug, um Einblicke in die phänologische Dynamik von Vegetationsklassen zu erhalten, sowie in deren jeweilige Fluss-Flusstreiber-Beziehungen mit Hilfe von ökophysiologisch interpretierbaren Parametern (Rößger et al., 2019, Biogeosciences Discuss).

20 Jahre Lena Expedition

Vom 17.-19.10. trafen sich deutsche und russische Wissenschaftler, Techniker und Studenten um 20 Jahre erfolgreiche Zusammenarbeit im Lena Delta und der Laptewsee zu feiern. Bei dem Treffen in St. Petersburg wurden auch zukünftige Expeditionspläne diskutiert und gemeinsame Forschungsstrategien entwickelt. Organisiert wurde das Treffen vom Institut für Arktis- und Antarktisforschung in St. Petersburg, dem Alfred-Wegener-Institut in Potsdam, dem Melnikov Permafrost Institut in Jakutsk und dem Institut für Bodenkunde in Hamburg.

© Arctic and Antarctic Research Institute, St.Petersburg: Teilnehmer des Symposiums "20 Jahre LENA-Expeditionen"

Publikation

Die Auftrennung des Netto-CO2-Ökosystemaustausches zweier Mikrosites im Lena Delta hat gezeigt, dass sowohl Polygonzentren wie auch Polygonwälle eine Senke für atmosphärisches CO2 während einer Vegetationsperiode sind. Die Menge des aufgenommen CO2 variiert allerdings zwischen den beiden Standorten. Desweiteren konnte gezeigt werden, dass die autotrophe und heterotrophe Atmung unterschiedlich auf sich verändernde hydrologische Bedingen reagieren (Eckhardt et al. Biogeoscience Discuss. 2018).

Publikation

Treibhausgasproduktion in degradierendem Permafrost in Nordost-Sibirien ist von den klimatischen Bedingungen zur Zeit der Ablagerung abhängig. Ablagerungen des spätpleistozänen Yedoma produzierten im Allgemeinen mehr CO2 als holozäne Ablagerungen. Die Abbaubarkeit der organischen Substanz muss daher vor dem Hintergrund der Paleo-Geschichte interpretiert werden. Die Abbaubarkeit lässt sich jedoch nicht ausschließlich durch stratigraphische Position verallgemeinern (Walz et al. Biogeoscience 2018).