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Arktis: Tauender Permafrostboden:"Wie ein Schweizer Käse"

Der Mineraloge Hans-Wolfgang Hubberten warnt vor dem löchrigen Permafrostboden in der Arktis - und spricht über die "Methan-Klimabombe".

Angelika Jung-Hüttl

Hans-Wolfgang Hubberten ist Leiter der Außenstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI). Seit fast 20 Jahren erforscht er die Dauerfrostböden Sibiriens.

Hans-Wolfgang Hubberten

Prof. Dr. Hans-Wolfgang Hubberten, Leiter der Foschungsstelle Postdam.

(Foto: Alfred-Wegener-Institut)

SZ: Herr Hubberten, welche Rolle spielt der tauende Permafrost in der Arktis für die künftige Klimaentwicklung?

Hubberten: Weltweit sind gut 36 Millionen Quadratkilometer vom Dauerfrost geprägt - das sind etwa 25 Prozent der Landoberfläche auf der Erde, das entspricht einer Fläche, die etwa 100-mal so groß wie Deutschland ist. Auf der nördlichen Hemisphäre sind es etwa 23 Millionen Quadratkilometer. Das ist mehr als die Fläche, die in der Arktis von Gletschern und vom Meereis bedeckt wird. Wenn dieser Boden zunehmend taut, hat das enorme Auswirkungen auf das Land, das Meer und die Atmosphäre.

SZ: Der Meeresspiegel steigt also nicht nur, weil die Gletscher schmelzen?

Hubberten: Der Permafrostboden ist in vielen Landschaften der Arktis sehr eisreich. Das sieht man oft an den Küsten, wo die Wellen des Meeres das Land sozusagen anschneiden. Unter der dünnen Vegetationsdecke ist der gefrorene Untergrund von mächtigen, meterdicken Eiskeilen und Eisschichten durchsetzt. Dieses Eis beginnt zu schmelzen, wenn sich der Boden erwärmt - das führt zu massiven Schäden in den besiedelten Gebieten. Dazu kommt, dass das Tauwasser von den riesigen Flüssen Russlands, Kanadas und Alaskas in den arktischen Ozean transportiert wird. Das könnte bis zum Ende des Jahrhunderts global zu einem zusätzlichen Anstieg des Meeresspiegels von einigen Zentimetern führen. Der Permafrost muss also mit dem gleichen Ernst untersucht werden wie das schmelzende Gletscher- und Meereis.

SZ: Wie tief ist der Untergrund arktischer Böden gefroren?

Hubberten: Das ist unterschiedlich. Am südlichen Rand der Dauerfrostgebiete können es nur wenige Meter sein. Dort ist der Boden auch nicht vollständig durchgefroren, sondern nur in Teilbereichen. Wir sprechen dann vom inselhaften und diskontinuierlichen Permafrost. Weiter nördlich, im kontinuierlichen Permafrost - der macht bei weitem den größten Bereich aus -, ist der Untergrund mehrere hundert Meter tief gefroren, bis zu maximal 1600 Metern in Zentral-Jakutien in Russland. Permafrost haben wir aber auch noch im Boden unter den flachen Meeren vor der Küste Ostsibiriens.

Große Unsicherheitsfaktoren im Klimasystem

SZ: Warum ist der Meeresboden dort gefroren?

Hubberten: Während der letzten Eiszeit lag der Meeresspiegel etwa 130 Meter tiefer als heute, weil das Wasser in den großen Eiskappen vor allem der Polargebiete gebunden war. Der Untergrund der heutigen Flachmeere vor der sibirischen Küste lag trocken und bildete eine Landoberfläche, die sich bis etwa 600 Kilometer nördlich der heutigen Küstenlinie erstreckte, die über lange Zeit großer Kälte ausgesetzt war. Deshalb sind die Meeresböden als Relikte der letzten Eiszeit auch heute noch mehrere Hundert Meter tief gefroren.

SZ: Woher weiß man so genau, wie tief der Permafrost reicht?

Hubberten: Von seismischen Messungen, mit denen man den Boden durchleuchtet, und vor allem von Bohrungen. Überall in den Permafrostgebieten wurde in den vergangenen Jahrzehnten fleißig gebohrt - auf der Suche nach Rohstoffen, Erdöl, Erdgas und Erzen.

SZ: Hat sich aufgrund der globalen Erwärmung schon etwas verändert?

Hubberten: Im Sommer taut ja die oberste Schicht des Permafrostbodens an Land für drei, vier Monate auf. Wir sprechen hier vom active layer, der aktiven Schicht. In Russland zum Beispiel ist diese Schicht in manchen Gebieten innerhalb von 50 Jahren um etwa 20 Zentimeter dicker geworden. Derzeit tauen in den waldfreien nördlicheren Regionen etwa die oberen 50 bis 60 Zentimeter auf, in den Waldgebieten im südlichen Permafrostbereich sind es fünf bis sechs Meter. Der Permafrost erwärmt sich aber auch in größeren Tiefen, wo das ganze Jahr über Temperaturen von minus fünf bis etwa minus 20 Grad herrschen. Exakte Messungen haben wir zum Beispiel aus Alaska. In 20 Metern Tiefe ist der Untergrund in den letzten 35 Jahren um bis zu 1,5 Grad Celsius wärmer geworden

SZ: Könnte auch der gefrorene Boden unter den arktischen Flachmeeren irgendwann auftauen?

Hubberten: Der submarine Permafrost ist theoretisch stabil, solange das salzige Meerwasser nicht wärmer wird als minus 1,8 Grad Celsius, das ist die übliche Bodenwassertemperatur von normalem Meerwasser. Dann bleibt das uralte Eis im Meeresboden gefroren, und es kann eigentlich nichts passieren. Aber wir haben erstmals bei einer Bohrung im Jahr 2003, die 80 Meter tief in den Meeresboden der Laptev-See ging, festgestellt, dass stellenweise salzhaltige Lösungen kursieren, die - wie das Salz, das man auf die winterlichen Straßen streut - das Eis im Boden schmelzen lassen. Das bedeutet, der Permafrostboden wird durchlöchert wie ein Schweizer Käse.

SZ: In diesem gefrorenen Meeresboden stecken doch auch große Mengen Methangas. Könnte das plötzlich frei werden?

Hubberten: Es gibt im tiefen Permafrost und auch in den nicht gefrorenen Schichten darunter Methangashydrate. Das sind eisähnliche Methan-Wasser-Verbindungen. Das darin enthaltene Methan kann nicht entweichen, weil die Gashydrate entweder unter den Permafrostbedingungen stabil sind, oder weil der Permafrost wie ein Deckel über möglicherweise frei werdenden Methangasen liegt. Wird dieser Frostdeckel vor allem in den flachen Meeresbereichen löchrig, so könnten Kamine entstehen, durch die Methan aufsteigt. Russische Kollegen haben bereits Stellen mit hohem Methangehalt im Meerwasser entdeckt. Es ist noch spekulativ, aber man kann davon ausgehen, dass der untermeerische Permafrost tatsächlich löchrig wird.

SZ: Manche Wissenschaftler befürchten in den Schelfmeeren heftige Methanausbrüche, die den Temperaturanstieg stark beschleunigen könnten - immerhin ist Methan ein 20- bis 30-mal so starkes Klimagas wie Kohlendioxid. Was ist davon zu halten?

Hubberten: Über diese "Methan-Klimabombe" wird viel spekuliert. Wie gesagt, es gibt Hinweise, dass mehr und mehr Methan aus dem Sediment in das Meerwasser und aus diesem teilweise in die Atmosphäre entweicht. In einem Szenario, in dem von einem sehr schnellen und nahezu vollständigen Zusammenbruch des submarinen Permafrostes ausgegangen wird, könnte es tatsächlich zu einem gewaltigen Methan-Eintrag in die Atmosphäre und dadurch zu einer deutlichen Temperaturerhöhung durch den Treibhauseffekt kommen. In Wirklichkeit aber nehmen wir eher einen relativ langsamen Abbau des submarinen Permafrostes an - mit einer möglicherweise geringen zusätzlichen Zufuhr von Treibhausgas in die Atmosphäre. Allerdings sind der submarine Permafrost und das Methangashydrat darin noch weitgehend unerforscht und nach heutigem Kenntnisstand eine der großen Unsicherheitsfaktoren im Klimasystem.

SZ: Sie forschen hauptsächlich in Sibirien, im Lena-Delta. Was macht dieses Gebiet so interessant?

Hubberten: Im sibirischen Tiefland ist der Permafrost sehr eisreich, reagiert deshalb schnell auf eine Erwärmung und zeigt damit deutlich die Auswirkungen eines Temperaturanstiegs auf eine Permafrostlandschaft. Wir sind seit 1997 dort jedes Jahr von Juni bis in den September in der Samoylow-Station. Im letzten Sommer waren wir 58 Leute, hauptsächlich Geologen, Geophysiker, Hydrologen und Bodenkundler, aber auch Mikrobiologen und Meteorologen. Wir beobachten und messen den Wasser- und Temperaturhaushalt im Boden und in den bodennahen Luftschichten, die Bilanz der Treibhausgase Kohlendioxid und Methan sowie die Arbeit der Mikroorganismen im Tundraboden. Wir untersuchen, wie sich die eisreichen Küsten und Landschaften aufgrund der jetzigen Klimaveränderungen wandeln, aber auch wie sich die Gebiete in der Vergangenheit verändert haben, um zukünftige Prozesse besser zu verstehen.

© SZ vom 16.04.2011/jab

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