Arktischer Ozean speichert Kohlenstoff aus tauendem Permafrost
Der Permafrostboden in der Arktis enthält große Mengen an organischem Kohlenstoff. Wenn dieser Boden auftaut oder Küstenabschnitte abbrechen, gelangt der Kohlenstoff ins Meer. Dort wird er von Mikroorganismen zersetzt und kann in klimaschädliche Treibhausgase umgewandelt werden. Bislang war unklar, wie viel dieses Kohlenstoffs tatsächlich in die Atmosphäre entweicht und wie viel im Ozean verbleibt. Forschende des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) und des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen haben diese Frage erstmals für die Permafrostküste von Qikiqtaruk (Herschel Island) in Kanada untersucht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.
Hintergrund und Bedeutung
- Arktische Permafrost-Ökosysteme speichern etwa 1.300 Gigatonnen organischen Kohlenstoff, vorwiegend aus Pflanzenresten.
- Weitere 400 Gigatonnen befinden sich in Sedimenten von Ozeanen und Flussdeltas.
- Die Erderwärmung führt zu einem beschleunigten Auftauen des Permafrosts, besonders in der Arktis, wo die Temperaturen schneller steigen als im globalen Durchschnitt.
- Pro Jahr gelangen bis zu 0,02 Gigatonnen Kohlenstoff zusätzlich ins Meer, mit Prognosen, die einen Anstieg von 70 bis 150 Prozent bis 2100 vorhersagen.
Untersuchungsmethoden und Ergebnisse
Die Wissenschaftler entnahmen Sedimentkerne vor der Küste von Herschel Island, die Ablagerungen der letzten 50 Jahre enthalten. Die Analysen zeigten, dass trotz großer Mengen organischen Kohlenstoffs aus dem Permafrost nur ein geringer Anteil in den aktiven Kohlenstoffkreislauf des Ozeans gelangt. Mikroorganismen wandeln etwa zehn Prozent des Kohlenstoffs in Gase um, die in die Atmosphäre entweichen können. Der überwiegende Teil bleibt hingegen im Meeresboden gespeichert.
Zur Bestimmung der Kohlenstoffquellen und -umwandlungen wurden die Zusammensetzung der Sedimente sowie die Konzentration von anorganischem gelöstem Kohlenstoff im Porenwasser gemessen. Die isotopische Analyse mit den Kohlenstoff-Isotopen 13C und 14C ermöglichte die Unterscheidung zwischen terrestrischem und marinem Kohlenstoff sowie zwischen altem Permafrost-Kohlenstoff und frischem organischem Material aus Algenresten.
Schlussfolgerungen und Ausblick
Die Untersuchung ergab, dass Mikroorganismen im Sediment frischen marinen Kohlenstoff gegenüber älterem Permafrost-Kohlenstoff bevorzugen. Dies deutet darauf hin, dass der vom Land ins Meer transportierte Kohlenstoff weniger zum Anstieg der Treibhausgase beiträgt als bisher angenommen. Dennoch besteht weiterer Forschungsbedarf, da ein Teil des Kohlenstoffs möglicherweise bereits vor Erreichen des Meeresbodens abgebaut wurde.
Der Kohlenstofftransport beeinflusst zudem die Biogeochemie der Küstengewässer und damit die Lebensgrundlagen der lokalen Bevölkerung. Die Trübung und Färbung des Wassers durch Sedimente und gelösten organischen Kohlenstoff wirken sich auf die Lichtverhältnisse aus, welche für die Primärproduktion von Algen und damit für das marine Nahrungsnetz entscheidend sind.
Im Rahmen der für 2027 geplanten internationalen Kampagne „Arctic Pulse“ werden Forschende mit koordinierten Messungen an Bord des Forschungseisbrechers Polarstern, mit Flugzeugen des AWI und an Land die Auswirkungen des raschen Umweltwandels auf arktische Ökosysteme weiter untersuchen.
Dr. Manuel Ruben, Erstautor der Studie, betont: „Unsere Ergebnisse liefern erstmals präzise Daten darüber, wie viel Kohlenstoff sicher im Meeresboden gespeichert wird und wie viel aus altem Permafrost stammt. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Verbesserung von Klimamodellen, die die Folgen des Permafrost-Tauens prognostizieren.“
Kontakt und Publikation
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Manuel Ruben
manuel.ruben@awi.de
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Originalpublikation:
Manuel Ruben et al.: „Limited remineralization of Arctic permafrost-derived organic carbon in nearshore marine sediments“, Nature Geosciences (2026). DOI: 10.1038/s41561-026-02060-8.
