Regulation der mikrobiellen Treibhausgasbildung in tauendem Permafrost

Das Teilprojekt 3 befasst sich mit den mikrobiellen Abbauprozessen der organischen Substanz in permafrostbeeinflussten Böden. Durch das Auftauen von Dauerfrostböden werden neue Kohlenstoffquellen für Mikroorganismen zugänglich, die diesen Kohlenstoff dann verstärkt zu Kohlenstoffdioxid und Methan abbauen können. Es gibt 3 Schwerpunkte in Teilprojekt 3, aber das Hauptaugenmerk liegt bei allen auf Untersuchungen von Böden, die besonders durch erwärmungsbedingte Veränderungen von Permafrosttauen und Thermoerosion betroffen sind.

© J. Walz: Thermoerosionslandschaft in Sibirien

Das Institut für Bodenkunde in Hamburg führt Langzeitinkubationen zum Abbau organischer Substanz durch und bestimmt so die Kohlenstoffdioxid- und Methanbildung unter Laborbedingungen. Diese Daten sind wichtig für realistischen Simulationen von Langzeittreibhausgasflüssen aus tauendem Permafrost, welche durch Teilprojekt 2 modelliert werden. Des Weiteren wird die Treibhausgasproduktion auch unter natürlichen Bedingungen während der Feldexpeditionen in Zusammenarbeit mit Teilprojekt 4 bestimmt, umso eine Hochskalierung der Gasflüsse zu ermöglichen. Eine zentrale Frage ist hier auch, welchen Beitrag Methan an der Umsetzung hat.

Methanproduction (CH4) in Permafrost von der Insel Kurungnakh wurde erst nach der Zugabe von aktiven Methanbildner nach 2500 Inkubationstagen beobachtet (Knoblauch et al., Nat. Clim. Change 2018).

Die Universität zu Köln bestimmt an Hand von 14C-Isotope von Kohlenstoffdioxid und Methan das Alter der zersetzten organischen Substanz. So können die Hauptkohlenstoffquellen identifiziert werden. Das erlaubt Rückschlüsse darüber, in welchem Maße der alte, vor Jahrhunderten bis Jahrtausenden eingelagerter organischer Kohlenstoff mikrobiell abgebaut wird.

Das Deutsche GeoForschungsZentrum in Potsdam bestimmt die mikrobiellen Gemeinschaften, welche an den Abbauprozessen beteiligt sind. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist die Reaktivierung von bisher inaktiven Organismengruppen, die im Permafrost eingefroren waren. Durch ein besseres Verständnis der Funktion und der langfristigen Anpassung der Mikroorganismen an die Umweltveränderungen können verlässlichere Vorhersagen zur langfristigen Bildung und Freisetzung klimarelevanter Treibhausgase aus tauendem Permafrost gemacht werden.

Ziele und Meilensteine:

  • Charakterisierung der Eigenschaften unterschiedlich stark von Permafrostdegradation beeinflusster Böden und Ablagerungen
  • Bestimmung der Kohlenstoffdioxid- und Methanbildung unter Labor- und Feldbedingungen
  • Altersbestimmung der gebildeten Treibhausgase durch 14C-Analysen
  • Bestimmung des mikrobiellen Abbaus verschiedener alter Kohlenstoffpools
  • Charakterisierung der Abundanz, Diversität und Funktion der aktiv am Kohlenstoffumsatz beteiligten Mikroorganismen in der Auftauschicht und im Permafrost
  • Bestimmung der Veränderungen in der aktiven Mikroorganismenpopulation während und nach dem Tauen des Permafrosts und deren Bedeutung für die Bildung von Kohlenstoffdioxid und Methan

Antragssteller:

  • Dr. Christian Knoblauch (Universität Hamburg)
  • Prof. Dr. Eva-Maria Pfeiffer (Universität Hamburg)
  • Prof. Dr. Janet Rethemeyer (Universität zu Köln)
  • Prof. Dr. Susanne Liebner (Deutsches GeoForschungsZentrum)

Projektmitarbeiter:

  • Dr. Tim Eckhardt (Universität Hamburg)
  • Wissenschaftliche/r Mitarbeiter/in (Universität zu Köln)
  • Wissenschaftliche/r Mitarbeiter/in (Deutsches GeoForschungsZentrum)

Russische Partner:

  • Prof. Dr. Evgeny Abakumov (Staatliche Universität St. Petersburg)
  • Dr. Pavel A. Barsukov (Institut für Bodenkunde und Agrochemie, Russische Akademie der Wissenschaften Novosibirsk)
  • Dr. Elizaveta Rivkina (Institut für Physikochemische und Biologische Probleme der Bodenkunde, Russische Akademie der Wissenschaften Pushchino)

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).