Der natürliche Kreislauf von Kohlendioxid in der Atmosphäre wurde lange von den Wechseln zwischen Eiszeiten und Warmzeiten beeinflusst, doch eine neue Entdeckung könnte unser Verständnis dieser Mechanismen grundlegend verändern.
Jahrzehntelang haben Wissenschaftler den Anstieg der CO₂-Werte während der Warmzeiten hauptsächlich den Ozeanen zugeschrieben. Wenn diese sich erwärmen und stärker durchmischen, setzen sie gespeicherten Kohlenstoff frei, was einen Anstieg von etwa 100 parts per million erklärt. Diese Sichtweise war weitgehend akzeptiert, bis neue Forschungsergebnisse sie in Frage stellten.
Durch das Auftauen von Permafrost verursachte Höhle in Sibirien.
Vladimir Pushkarev
Ein Team der Universität Göteborg nutzte Pollenanalysen und Klimamodelle, um die Vegetation und Kohlenstoffvorräte der letzten 21.000 Jahre zu rekonstruieren. Durch die Untersuchung von Momentaufnahmen alle tausend Jahre konnten sie abschätzen, wie Kohlenstoff zwischen Boden und Atmosphäre ausgetauscht wurde. Dieser Ansatz zeigte, dass das Auftauen des Permafrosts eine viel größere Rolle bei den CO₂-Emissionen nach der letzten Eiszeit spielte als bisher angenommen.
Die Forscher erklären, dass während der Eiszeiten große Mengen an organischem Kohlenstoff im gefrorenen Boden eingeschlossen waren und dicke Ablagerungen namens "Löss" bildeten. Mit der Erwärmung taute dieser Permafrost auf und setzte nach und nach CO₂ in die Atmosphäre frei. Sie schätzen, dass fast die Hälfte des Anstiegs des atmosphärischen CO₂ während des Übergangs zur heutigen Warmzeit auf diese terrestrischen Emissionen auf der Nordhalbkugel zurückgeht.
Diese massive Freisetzung wurde jedoch teilweise durch die Entwicklung von Mooren ausgeglichen, die im Laufe der Zeit Kohlenstoff speicherten. Dieses natürliche Gleichgewicht stabilisierte die CO₂-Werte über Jahrtausende bei etwa 270 parts per million, bis die moderne menschliche Aktivität dieses empfindliche Gleichgewicht durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe störte.
Heute taut der Permafrost aufgrund der anthropogenen Erderwärmung erneut auf, jedoch ohne die natürlichen Ausgleichsmechanismen, die in der Vergangenheit existierten.
Permafrost und seine Rolle im Kohlenstoffkreislauf
Permafrost ist Boden, der mindestens zwei Jahre hintereinander permanent gefroren bleibt, oft in arktischen und subarktischen Regionen. Er wirkt als riesiger Speicher für organischen Kohlenstoff, in dem pflanzliche und tierische Materialien eingeschlossen sind, die sich aufgrund der niedrigen Temperaturen nicht zersetzen.
Wenn Permafrost taut, werden Mikroorganismen aktiv und beginnen, diese organische Materie zu zersetzen, wodurch Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre freigesetzt werden. Dieser Prozess kann die globale Erwärmung beschleunigen und eine positive Rückkopplungsschleife erzeugen, in der mehr Wärme zu mehr Auftauen und damit zu mehr Emissionen führt.
Die Stabilität des Permafrosts ist daher entscheidend für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts der Treibhausgase. Der moderne Klimawandel droht, gewaltige Mengen an Kohlenstoff freizusetzen, die seit Jahrtausenden gespeichert sind, möglicherweise in viel größerem Umfang als bei natürlichen Übergängen in der Vergangenheit.
Das Verständnis dieser Dynamiken hilft, zukünftige Auswirkungen vorherzusagen und Strategien zur Milderung der Erwärmungseffekte zu entwickeln, insbesondere durch den Schutz von Permafrostgebieten und die Förderung natürlicher Kohlenstoffsenken.
Eiszeitliche und warmzeitliche Zyklen
Eiszeitliche und warmzeitliche Zyklen sind natürliche Perioden der Abkühlung und Erwärmung der Erde, die durch orbital Variationen wie Exzentrizität, Obliquität und Präzession beeinflusst werden. Diese Zyklen dauern in der Regel etwa 100.000 Jahre, mit kalten Eiszeiten und wärmeren Warmzeiten.
Während der Vereisungsperioden bedecken große Eisschilde Teile der Kontinente, binden Wasser und senken den Meeresspiegel. Der atmosphärische Kohlenstoff nimmt dann ab, teilweise aufgrund seiner Aufnahme durch kalte Ozeane und seiner Speicherung in gefrorenen Böden.
Während der Übergänge zu Warmzeiten setzen das Abschmelzen der Eismassen und die Erwärmung diesen Kohlenstoff allmählich frei und tragen zu einem Temperaturanstieg bei. Diese natürlichen Schwankungen haben über Millionen von Jahren Ökosysteme und Erdklimata geprägt.
Heute überlagert die menschliche Aktivität diese natürlichen Zyklen mit einem rapiden Anstieg der Treibhausgase, stört die etablierten Gleichgewichte und beschleunigt Veränderungen, die irreversible Folgen haben könnten.
Quelle: Science Advances