Eingefrorener Klimakiller: Im Permafrost steckt mehr Stickstoff als gedacht

Permafrost-Regionen erwärmen sich im Zuge des Klimawandels derzeit rund viermal schneller als der globale Durchschnitt. Deshalb tauen dort die seit der letzten Kaltzeit (ca. 100.000 bis 12.000 Jahre vor heute) gefrorenen Böden großflächig auf und geben Unmengen von abgestorbenen Pflanzenresten frei. Dadurch wird ein zuvor unzugänglicher Pool organischen Materials nach und nach für Mikroorganismen verfügbar und kann von ihnen zersetzt werden. Mit dem Abbau der Biomasse gelangen große Mengen Kohlenstoff als Treibhausgas in die Atmosphäre und beschleunigen die globale Erwärmung.

2.200 Bodenproben im Yedoma-Permafrost ausgewertet

„Vor allem wegen des Kohlenstoffs steht Permafrost besonders im Fokus der Klimaforschung. Zahlreiche Studien ergeben hier schon ein verlässliches wissenschaftliches Bild", sagt Studienerstautor Dr. Jens Strauss, Leiter der Arbeitsgruppe Permafrost-Biogeochemie am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). „Zu dem im Permafrost gespeicherten Stickstoff, der für das Klima ebenfalls hochrelevant ist, gibt es dagegen kaum belastbare Zahlen. Mit unserer Arbeit haben wir nun erstmals bestimmt, wieviel Stickstoff überhaupt im Permafrost bis in größere Tiefen enthalten ist."

Das internationale Team mit Forschenden aus Deutschland, Finnland, den USA, Kanada und China konzentrierte sich dabei auf den Yedoma-Permafrost, eine vor allem in Ostsibirien und Alaska verbreitete Bodenvariante. Yedoma gilt wegen seines hohen Eisanteils als besonders klimasensibel. Erwärmt er sich, kann er großflächig kollabieren, rasch bis in viele Meter Tiefe auftauen und so deutlich mehr organisches Material aktivieren als andere Permafrostböden. Im Rahmen der Studie hat das Team um Jens Strauss mehr als 2.200 Bodenproben aus Sibirien und Alaska analysiert, den Stickstoffgehalt bestimmt und die Größe des Gesamtpools berechnet.

Den Ergebnissen zufolge enthält die Yedoma-Region insgesamt 41,2 Gigatonnen Stickstoff. Damit ist das Reservoir deutlich größer als es bisherige Schätzungen nahelegten. Davon sind 37 Gigatonnen – also rund 90 Prozent – derzeit gefroren. "Doch das wird sich im Zuge des Klimawandels ändern. Wir haben berechnet, dass in einem Zukunftsszenario mit weiterhin hohen Treibhausgasemissionen durch die Menschheit bis zum Jahr 2100 zwischen 4 bis maximal 16 Gigatonnen Stickstoff im Yedoma auftauen und so aktiviert werden könnten", so Strauss.

Lachgas ist ein 300-mal stärkeres Treibhausgas als CO₂

Welche Folgen diese überraschend hohe Menge für das Klima hätte, hängt entscheidend von den Mikroorganismen im Boden ab. Der dann verfügbare Stickstoff könnte das pflanzliche Wachstum ankurbeln. Die Pflanzen könnten, wenn sie an den Stickstoff gelangen, dann CO2 aus der Atmosphäre binden. "Der Effekt auf das Klima wäre also für einen gewissen Zeitraum positiv", sagt Strauss. „Durch den mikrobiellen Abbau könnten aber auch große Mengen Lachgas in die Atmosphäre freigesetzt werden, ein 300-mal stärkeres Treibhausgas als CO2. Das hat  einen erheblichen Einfluss auf das Klima." Deshalb müssten weitere Studien zeigen, was genau mit dem aktivierten Stickstoffpool passieren wird.

Originalpublikation

Jens Strauss, Christina Biasi, Tina Sanders, Benjamin W. Abbott, Thomas Schneider von Deimling, Carolina Voigt, Matthias Winkel, Maija E. Marushchak, Dan Kou, Matthias Fuchs, Marcus A. Horn, Loeka L. Jongejans, Susanne Liebner, Jan Nitzbon, Lutz Schirrmeister, Katey Walter Anthony, Yuanhe Yang, Sebastian Zubrzycki, Sebastian Laboor, Claire Treat and Guido Grosse: A globally relevant stock of soil nitrogen in the Yedoma permafrost domain. Nature Communications (2022). Link hier