120.000 Gebäude durch tauenden Permafrost-Boden bedroht

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Häuser fallen, Pipelines bersten, Straßen sacken ab – Alltag im hohen Norden. 30 bis 50 Prozent der heutigen Infrastruktur in den Landschaften rund um den Arktischen Ozean könnten bis 2050 zerstört sein. Trotz akuter Bedrohung der Infrastruktur durch die Erderwärmung wird rund um die Arktis weiter gebaut. Denn ungeachtet internationaler Klimaschutzanstrengungen boomen Gas- und Ölförderung – auch für die deutsche Energieversorgung.

Riesige, immer größere Bergbaugruben in Sibirien und Nordkanada liefern die für Windkraftwerke, Solarzellen, Batterien, elektronische Schaltungen, Computer und Smartphones so essenziell wichtigen Hochtechnologiemetalle, darunter Kupfer, Nickel, Chrom, Vanadium, Kobalt und viele andere.

Rund 69 Prozent aller Wohngebäude, Verkehrswege und Industrieanlagen in den Permafrostregionen liegen dort, wo der Boden bald ganzjährig kaum noch einfrieren wird. Der weiche Matschboden destabilisiert eine Infrastruktur, die einst auf hartes Eis gebaut wurde. Betroffen sind mindestens 120.000 Gebäude, 40.000 Straßenkilometer and 9.500 Kilometer Pipelines, wie eine Arbeitsgruppe um Jan Hjort von der Universität Oulu in Finnland jüngst in einem Artikel in "Nature Reviews Earth & Environment" berechnete.

In den nächsten Jahrzehnten werden im hohen Norden rund 4,3 Millionen Menschen nicht nur Gebäude und Straßen verlieren, sondern auch traditionelle Jagd- und Wandergebiete, genauso wie Kulturstätten. Das wiederum ergab eine Einschätzung einer Forschergruppe um Anna Irrgang vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven.

Fokus auf den Permafrost-Boden

Die Veröffentlichungen sind Teil einer Sammlung von Arbeiten verschiedener internationaler Permafrost-Expertengruppen, die versuchen, das aktuelle Wissen der physikalischen, biogeochemischen, ökosystemaren und wirtschaftlichen Veränderungen in den Landschaften um den Arktischen Ozean zusammenzustellen. Denn hier schlägt der Klimawandel besonders hart zu. In den vergangenen 50 Jahren hat sich die Arktis mit mehr als drei Grad nämlich dreimal schneller erwärmt als der Rest des Globus.

Am stärksten dürfte es Sibirien treffen, ist Hjort überzeugt. Und hier vor allem die so genannten Yedoma-Landschaften, hügelige Ebenen, in denen der Boden zu 50 bis 90 Prozent aus gefrorenem Wasser besteht. Erst dadurch wird er überhaupt so stabil, dass sich darauf Bauwerke errichten lassen. Sie sind auch besonders reich an organischem Material.

Für Russland bedeutet das in Zukunft enorme Kosten. Denn Permafrostböden bedecken mehr als 65 Prozent des russischen Staatsgebiets. Allein die Reparaturen an den Straßen und Wegen, die durch den tauenden Boden zerstört werden, dürften den russischen Staat zwischen 2020 und 2050 umgerechnet sieben Milliarden US-Dollar kosten. Noch viel teurer wird es, die einsinkenden Wohnhäuser in den Siedlungen und Städten zu ersetzen. Hier gehen die Forscher von umgerechnet 500 bis 600 Millionen USD pro Jahr aus.

Arktische Küsten besonders empfindlich

Während im gefrorenen Binnenland die Bauwerke absacken, rutschen an den Küsten immer mal wieder ganze Dörfer ins Meer. Denn die arktischen Küsten sind besonders klimaempfindlich, wie Irrgang und ihre Kollegen herausstellen. In Alaska, Kanada und Sibirien sind die Permafrost-Steilküsten oft bis zu 40 Meter hoch und bestehen bis zu 80 Prozent aus Wassereis. Die globale Erwärmung lässt sie immer großflächiger auftauen und ins Meer rutschen. Da kommen jährlich etwa 14 Megatonnen an organischem Kohlenstoff zusammen, was mehr als 51 Megatonnen CO₂ entspricht. Allein die nordkanadische Herschel-Insel verliert pro Jahr bis zu 22 Meter ihrer Steilküste.

"Unser derzeitiges Verständnis der arktischen Küstendynamik ist fragmentiert, da es zu wenige Daten über Umweltfaktoren und die Veränderung der Küstenlinien mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung gibt“, sagt Anna Irrgang. Die aber werden dringend benötigt, um Unsicherheiten bei Klimamodellen zu verringern, mit denen sich zukünftige Szenarien präzisieren ließen.

In einem weiteren Überblicksartikel versuchen Expertinnen und Experten um Kimberley R. Miner, Systemingenieurin am NASA Jet Propulsion Lab in Kalifornien, aufzuzeigen, inwieweit sich die befürchteten massiven Kohlenstoffemissionen durch CO₂ und Methan aus Permafrostböden heute überhaupt realistisch abschätzen lassen.

Eingefrorener Kohlenstoff könnte zum Problem werden

Die oberen Schichten des nördlichen Permafrostbodens speichern wahrscheinlich rund 1,7 Gigatonnen Kohlenstoff – ein riesiger Speicher. Mit zunehmendem Auftauen könnte er in der Tat zu einer Quelle für Kohlenstoff mutieren, wie Wissenschaftler befürchten. Allerdings variiert der Kohlenstoffgehalt in den Böden regional zwischen 17 und 73 Prozent, was eine Schätzung des Gesamtvorkommens an eingefrorenem Kohlenstoff erschwert.

Wie schnell und in welchem Umfang Kohlenstoff in Form von CO₂ und Methan in die Atmosphäre gelangt, ist allerdings noch weitgehend offen. So hielt sich der IPCC in seinem Sonderbericht zu den Ozeanen und zur Kryosphäre von 2019 denn auch vorsichtig zurück.

Es sind Mikroorganismen, die durch die Wärme zum Leben erwachen und die seit Jahrtausenden eingefrorenen Reste von Organismen vor allem zu CO₂, aber auch zu Methan und anderen Stoffen zersetzen.

Je mehr der Permafrostboden auftaut, desto mehr sauerstoffarme, moorige Böden, Thermo-Karst-Senken oder Höhlen entstehen, aus denen dann eher Methan ausgast, ein 25-mal stärkeres, aber auch kurzlebigeres Klimagas als CO₂.

Herausforderung, CO₂-Emissionen abzuschätzen

Nicht zu vernachlässigen sind auch die zunehmend häufigeren Waldbrände in den schier unendlichen Weiten der Tundren, die die CO₂-Emissionen enorm in die Höhe treiben.

Aktuelle Schätzungen sind deshalb nach den Überlegungen von Miners und ihren Kollegen extrem ungenau. Vor-Ort-Messungen sind nach wie vor unvollständig und Satellitenmessungen sind erst ab 2025 geplant.

Es könnte allerdings auch einen Faktor geben, der den Emissionen aus den tauenden Tundraböden entgegen wirkt: Die gleichzeitig fortschreitende Begrünung der Arktis. Die könnte einen Teil des freigesetzten Permafrost-Kohlenstoffs kompensieren, weil neu aufwachsende Biomasse wieder CO₂ einbaut. Darauf deuten zumindest erste Modellsimulationen hin.

(bsc)