Rückgang von Permafrost: Was passiert, wenn der Boden in der Arktis auftaut?

Große Teile der Arktis liegen auf einem Untergrund, der seit Jahrhunderten oder sogar Jahrtausenden gefroren ist. Dieser so genannte Permafrost galt lange als fester Bestandteil der Polarregionen. Doch durch den Klimawandel steigen die Temperaturen besonders in den nördlichen Breiten stark an. Immer häufiger taut der gefrorene Boden auf – mit erheblichen Folgen für Landschaften, Menschen, Tiere und das globale Klima. Wissenschaftler sehen darin eines der bedeutendsten, aber oft wenig beachteten Probleme der Erderwärmung.

Permafrost ist ein Fachbegriff für Böden, Gesteine oder Sedimente, deren Temperatur mindestens zwei Jahre lang ununterbrochen bei null Grad Celsius oder darunter liegt. Der Name setzt sich aus den englischen Wörtern „permanent“ und „frost“ zusammen. Permafrost besteht nicht nur aus gefrorener Erde, sondern enthält oft auch Eis, abgestorbene Pflanzenreste und andere organische Materialien. Er kommt vor allem in den Polarregionen vor, findet sich aber auch in einigen Hochgebirgen.

Besonders große Permafrostgebiete liegen in Sibirien, Alaska, Nordkanada und Grönland. Insgesamt befinden sich unter rund 15 Prozent der Landfläche der Nordhalbkugel dauerhaft gefrorene Böden. In manchen Regionen reicht der Permafrost nur wenige Meter tief in den Untergrund, in anderen kann er mehrere hundert oder sogar mehr als tausend Meter mächtig sein. Über dem dauerhaft gefrorenen Boden befindet sich meist eine sogenannte Aktivschicht. Diese taut im Sommer auf und friert im Winter wieder zu. Pflanzen können deshalb trotz des gefrorenen Untergrunds wachsen.

Für Wissenschaftler ist Permafrost weit mehr als eine Besonderheit kalter Regionen. Er spielt eine wichtige Rolle im Klimasystem der Erde. Im gefrorenen Boden sind riesige Mengen organischen Materials gespeichert, darunter Überreste von Pflanzen und Tieren, die sich über viele Jahrtausende angesammelt haben. Solange der Boden gefroren bleibt, werden diese Stoffe konserviert. Erst wenn der Permafrost auftaut, können Mikroorganismen beginnen, das Material zu zersetzen. Genau deshalb beobachten Forscher die Entwicklung in den Polarregionen mit großer Aufmerksamkeit.

Warum der Permafrostboden immer stärker auftaut

Der wichtigste Grund für das Auftauen des Permafrosts ist die globale Erwärmung. Seit Beginn der Industrialisierung hat der Mensch durch die Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas sowie durch die Abholzung von Wäldern große Mengen an Treibhausgasen freigesetzt. Diese Gase verstärken den natürlichen Treibhauseffekt und sorgen dafür, dass sich die Erde erwärmt. Die Folgen sind weltweit spürbar, doch in der Arktis verläuft die Erwärmung besonders schnell.

Fachleute sprechen in diesem Zusammenhang von der „arktischen Verstärkung“. Damit ist gemeint, dass die Temperaturen in der Arktis deutlich stärker ansteigen als im weltweiten Durchschnitt. Ein wichtiger Grund dafür ist das Verschwinden von Schnee- und Eisflächen. Helle Oberflächen reflektieren einen großen Teil der Sonnenstrahlung zurück ins All. Schmelzen Eis und Schnee, kommen dunklere Flächen zum Vorschein, die mehr Wärme aufnehmen. Dadurch erwärmt sich die Region zusätzlich und der Auftauprozess beschleunigt sich weiter.

Die Folgen dieser Entwicklung zeigen sich bereits heute in vielen Permafrostgebieten. Messungen belegen, dass die Temperaturen im Boden in zahlreichen Regionen der Arktis in den vergangenen Jahrzehnten deutlich angestiegen sind. Gleichzeitig wird die Aktivschicht, die im Sommer auftaut, vielerorts immer dicker. Dadurch gelangen Wärme und Wasser tiefer in den Untergrund, sodass Bereiche erreicht werden, die zuvor über sehr lange Zeit gefroren geblieben waren.

Wenn der gefrorene Boden instabil wird

Permafrost wirkt in vielen Regionen wie ein Fundament, das den Boden zusammenhält. Solange das darin enthaltene Eis gefroren bleibt, sind Landschaften vergleichsweise stabil. Taut dieses Eis jedoch auf, verändert sich die Struktur des Untergrunds. Der Boden kann absacken, aufreißen oder sich verschieben. Wissenschaftler bezeichnen solche Veränderungen als „Thermokarst“. Dabei entstehen Senken, Mulden und unregelmäßige Geländeformen, die ganze Landschaften innerhalb weniger Jahre deutlich verändern können.

Besonders sichtbar sind die Folgen in den nördlichen Regionen Russlands, Kanadas und Alaskas. Dort wurden zahlreiche Straßen, Gebäude, Flughäfen und Pipelines auf Permafrostboden errichtet. Wenn der Untergrund an Stabilität verliert, geraten diese Bauwerke in Gefahr. Häuser können sich schief stellen, Straßen Risse bekommen und Versorgungsleitungen beschädigt werden. Für die betroffenen Gemeinden bedeutet dies oft hohe Kosten für Reparaturen und Anpassungsmaßnahmen. Da viele Orte in der Arktis abgelegen sind, stellen solche Schäden die Menschen vor besondere Herausforderungen.

Auch die Natur verändert sich durch das Auftauen des Bodens. An vielen Stellen bilden sich neue Seen und Feuchtgebiete, während andere Gewässer austrocknen oder ihren Verlauf ändern. Dadurch verändern sich Lebensräume für Pflanzen und Tiere. Manche Arten können sich an die neuen Bedingungen anpassen, andere geraten unter Druck. Wissenschaftler beobachten deshalb nicht nur die Entwicklung des Bodens selbst, sondern auch die Auswirkungen auf ganze Ökosysteme. Das Auftauen des Permafrosts ist somit weit mehr als ein geologischer Vorgang – es verändert ganze Landschaften und beeinflusst das Leben in den Polarregionen auf vielfältige Weise.

Eine Gefahr für das Klima auf der ganzen Welt

Die Veränderungen in den Permafrostgebieten betreffen nicht nur die Menschen in der Arktis. Wissenschaftler beobachten die Entwicklung auch deshalb mit großer Sorge, weil die gefrorenen Böden riesige Mengen an Kohlenstoff speichern. Kohlenstoff ist ein wichtiger Bestandteil aller Lebewesen. Pflanzen nehmen ihn während ihres Wachstums aus der Atmosphäre auf und speichern ihn in ihren Blättern, Stämmen und Wurzeln. Sterben die Pflanzen ab, werden ihre Überreste normalerweise von Mikroorganismen zersetzt. Dabei gelangt ein Teil des Kohlenstoffs wieder als Kohlendioxid in die Atmosphäre. In den kalten Regionen des Nordens wurde dieser Kreislauf jedoch über Jahrtausende unterbrochen.

Während der letzten Eiszeiten und auch danach lagerten sich in vielen Gebieten große Mengen abgestorbener Pflanzenreste im Boden ab. Da die Temperaturen dauerhaft niedrig waren, konnten Bakterien und andere Mikroorganismen das organische Material nur sehr langsam abbauen. Die Pflanzenreste blieben deshalb im gefrorenen Boden erhalten und wurden gewissermaßen konserviert. Über viele Jahrtausende entstand auf diese Weise einer der größten natürlichen Kohlenstoffspeicher der Erde.

Heute gehen Forscher davon aus, dass die Permafrostgebiete der Nordhalbkugel zwischen etwa 1.460 und 1.600 Milliarden Tonnen organischen Kohlenstoff enthalten. Das ist ungefähr doppelt so viel Kohlenstoff, wie sich derzeit in der gesamten Atmosphäre befindet. Diese gewaltige Menge macht deutlich, warum Wissenschaftler das Auftauen des Permafrosts mit großer Aufmerksamkeit verfolgen. Solange der Boden gefroren bleibt, bleibt auch der größte Teil dieses Kohlenstoffs sicher eingeschlossen. Sobald er auftaut, beginnt sich die Situation zu verändern.

Kohlendioxid und Methan: Wenn Mikroorganismen aktiv werden

Taut Permafrost auf, gelangen Wasser, Sauerstoff und Wärme in Bodenschichten, die zuvor über sehr lange Zeit gefroren waren. Dadurch werden Mikroorganismen aktiv, die abgestorbene Pflanzen- und Tierreste zersetzen. Dieser Prozess ähnelt dem natürlichen Abbau von Laub oder Kompost. Allerdings handelt es sich im Permafrost oft um organisches Material, das seit Tausenden oder sogar Zehntausenden Jahren im Boden eingeschlossen war.

Bei der Zersetzung entstehen Treibhausgase. In sauerstoffreichen Böden wird vor allem Kohlendioxid freigesetzt. In feuchten und sauerstoffarmen Gebieten entsteht dagegen häufig Methan. Dieses Gas kommt zwar in deutlich geringeren Mengen in der Atmosphäre vor als Kohlendioxid, besitzt aber eine wesentlich stärkere Treibhauswirkung. Über einen Zeitraum von zwanzig Jahren betrachtet wirkt Methan mehr als 80-mal stärker auf die Erwärmung der Atmosphäre als dieselbe Menge Kohlendioxid.

Besonders problematisch ist, dass sich die Freisetzung der Treibhausgase über sehr lange Zeiträume fortsetzen kann. Anders als etwa ein Waldbrand, der innerhalb weniger Tage oder Wochen stattfindet, handelt es sich beim Auftauen des Permafrosts um einen Prozess, der sich über Jahrzehnte und Jahrhunderte erstrecken kann. Selbst wenn die Menschheit ihre Emissionen deutlich reduziert, wird ein Teil des bereits angestoßenen Auftauprozesses weitergehen. Deshalb betrachten Klimaforscher Permafrost als einen wichtigen Faktor für die zukünftige Entwicklung des Weltklimas.

Ein sich selbst verstärkender Kreislauf

Besonders beunruhigend ist für Wissenschaftler ein Mechanismus, den sie als positive Rückkopplung bezeichnen. Gemeint ist damit ein Prozess, der sich selbst verstärkt: Der Klimawandel führt zunächst dazu, dass die Temperaturen steigen und Permafrost auftaut. Dadurch werden Kohlendioxid und Methan freigesetzt. Diese Treibhausgase verstärken wiederum die Erwärmung der Atmosphäre, wodurch noch mehr Permafrost schmilzt.

Man kann sich diesen Vorgang wie einen Kreislauf vorstellen: Mehr Erwärmung führt zu mehr auftauendem Permafrost, mehr auftauender Permafrost führt zu mehr Treibhausgasen, und mehr Treibhausgase sorgen wiederum für zusätzliche Erwärmung. Wissenschaftler sprechen deshalb auch vom „Permafrost-Kohlenstoff-Feedback“. Obwohl die genaue Stärke dieses Effekts noch erforscht wird, gilt inzwischen als sicher, dass er den menschengemachten Klimawandel zusätzlich verstärkt.

Das bedeutet allerdings nicht, dass der gesamte im Permafrost gespeicherte Kohlenstoff plötzlich freigesetzt wird. Die meisten Forschenden gehen davon aus, dass dies schrittweise über lange Zeiträume geschieht. Dennoch könnte bereits ein vergleichsweise kleiner Teil der gespeicherten Mengen erhebliche Auswirkungen auf das Klima haben. Aus diesem Grund zählt das Auftauen des Permafrosts zu den Entwicklungen, die Wissenschaftler weltweit besonders aufmerksam beobachten.

Folgen für Tiere, Pflanzen und die Menschen in der Arktis

Die Arktis wirkt auf den ersten Blick oft wie eine karge und lebensfeindliche Region. Tatsächlich haben sich dort jedoch zahlreiche Tier- und Pflanzenarten an die extremen Bedingungen angepasst. Viele von ihnen sind auf kalte Temperaturen, lange Winter und dauerhaft gefrorene Böden angewiesen. Wenn sich diese Umweltbedingungen verändern, geraten ganze Ökosysteme unter Druck.

Besonders deutlich zeigt sich dies in der Vegetation, also dem Pflanzenwachstum: Durch steigende Temperaturen können Sträucher und kleinere Bäume in Regionen vordringen, die früher zu kalt für ihr Wachstum waren. Zum Teil ist soar bereits von einer „Vergrünung der Arktis“ die Rede. Während einige Pflanzenarten von dieser Entwicklung profitieren, verlieren andere ihren angestammten Lebensraum. Dadurch verändern sich Nahrungsnetze und ökologische Beziehungen, die sich über Jahrtausende entwickelt haben.

Auch viele Tierarten bekommen die Veränderungen zu spüren. Rentiere, Karibus, Polarfüchse und zahlreiche Vogelarten sind auf bestimmte Lebensräume angewiesen. Verändert sich die Vegetation oder verschieben sich Jahreszeiten und Wanderwege, kann dies die Nahrungssuche erschweren. Hinzu kommen weitere Folgen des Klimawandels wie schmelzendes Meereis oder häufigere Wetterextreme. Das Auftauen des Permafrosts ist deshalb Teil einer umfassenden Veränderung, die viele Regionen der Arktis bereits heute erfasst hat.

Wenn ganze Dörfer und Straßen im Boden versinken

Für die Menschen in den Permafrostgebieten sind die Veränderungen nicht nur ein wissenschaftliches oder ökologisches Problem. Sie betreffen ihren Alltag unmittelbar. In vielen Regionen der Arktis wurden Häuser, Straßen, Flughäfen, Eisenbahnlinien und Pipelines auf dauerhaft gefrorenem Boden errichtet. Solange dieser Untergrund stabil blieb, bot er eine zuverlässige Grundlage für Bauwerke. Taut das Eis im Boden jedoch auf, verliert der Untergrund seine Festigkeit. Gebäude können absacken, Straßen aufbrechen und Versorgungsleitungen beschädigt werden. In einigen Orten müssen Häuser bereits aufwendig stabilisiert oder sogar verlegt werden.

Besonders betroffen sind zahlreiche indigene Gemeinschaften im Norden. Als indigene Völker werden Bevölkerungsgruppen bezeichnet, die bereits lange vor der Entstehung moderner Staaten in einer Region lebten und dort eigene Kulturen, Sprachen und Traditionen entwickelten. Zu ihnen gehören beispielsweise die Inuit in Nordamerika und Grönland oder verschiedene indigene Völker Sibiriens. Viele dieser Gemeinschaften leben eng mit der Natur und sind auf stabile Umweltbedingungen angewiesen. Wenn sich Küstenlinien verändern, Jagdgebiete unzugänglich werden oder traditionelle Wanderwege verschwinden, hat dies nicht nur wirtschaftliche, sondern auch kulturelle Folgen.

Hinzu kommt, dass die Erwärmung der Arktis zahlreiche Veränderungen gleichzeitig auslöst. Küsten werden durch stärkere Erosion abgetragen, weil schützendes Meereis immer früher schmilzt und später zurückkehrt. Flüsse verändern ihren Verlauf, und Extremwetterereignisse treten häufiger auf. Für viele Gemeinden bedeutet dies eine enorme Herausforderung. Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich einige Orte langfristig an neue Bedingungen anpassen müssen, während andere möglicherweise sogar umgesiedelt werden müssen. Das zeigt, dass der Klimawandel nicht nur die Natur verändert, sondern auch das Leben vieler Menschen grundlegend beeinflusst.

Können alte Krankheitserreger aus dem Eis zurückkehren?

Wenn über auftauenden Permafrost berichtet wird, taucht häufig die Frage auf, ob darin eingefrorene Krankheitserreger wieder aktiv werden könnten. Tatsächlich haben Wissenschaftler im Permafrost bereits Bakterien, Viren und andere Mikroorganismen gefunden, die dort teilweise über sehr lange Zeiträume erhalten bleiben konnten. Die niedrigen Temperaturen können biologische Strukturen über Jahrtausende konservieren. Deshalb untersuchen Forscher seit Jahren, welche Organismen im gefrorenen Boden verborgen sein könnten.

Besondere Aufmerksamkeit erregte ein Vorfall in Sibirien im Jahr 2016. Dort kam es auf der Jamal-Halbinsel zu einem Milzbrand-Ausbruch. Milzbrand ist eine Infektionskrankheit, die durch bestimmte Bakterien verursacht wird. Einige Wissenschaftler vermuten, dass außergewöhnlich hohe Temperaturen dazu beigetragen haben könnten, dass Krankheitserreger aus einem lange gefrorenen Tierkadaver freigesetzt wurden. Der Vorfall zeigte, dass auftauender Permafrost in Einzelfällen gesundheitliche Risiken mit sich bringen kann.

Gleichzeitig warnen Fachleute aber auch davor, solche Gefahren zu dramatisieren. Zwar ist es wissenschaftlich interessant zu untersuchen, welche Mikroorganismen im Permafrost erhalten geblieben sind, doch die meisten von ihnen stellen vermutlich keine unmittelbare Bedrohung für Mensch und Tier dar. Dennoch verdeutlicht das Thema, wie wenig über manche Folgen des auftauenden Permafrosts bislang bekannt ist. Die Forschung steht hier noch vor zahlreichen offenen Fragen.

Warum die Entwicklung des Permafrosts die ganze Welt betrifft

Auf den ersten Blick scheint der Permafrost weit entfernt vom Alltag der meisten Menschen zu liegen. Die großen Permafrostgebiete befinden sich Tausende Kilometer von Mitteleuropa entfernt, und viele Menschen werden niemals selbst die arktische Tundra betreten. Dennoch handelt es sich nicht um ein regionales Problem. Die Veränderungen in den Polarregionen sind Teil eines globalen Klimasystems, das alle Regionen der Erde miteinander verbindet.

Gerade weil im Permafrost enorme Mengen Kohlenstoff gespeichert sind, beobachten Wissenschaftler die Entwicklung mit großer Aufmerksamkeit. Je mehr Treibhausgase durch das Auftauen freigesetzt werden, desto schwieriger wird es, die Erderwärmung zu begrenzen. Der Permafrost zeigt deshalb besonders deutlich, wie eng verschiedene Prozesse auf unserem Planeten miteinander verknüpft sind. Veränderungen an einem Ort können Auswirkungen auf Regionen haben, die Tausende Kilometer entfernt liegen.

Das Auftauen des Permafrosts macht außerdem deutlich, dass die Folgen des Klimawandels oft erst nach und nach sichtbar werden. Viele Veränderungen entwickeln sich langsam und bleiben zunächst unbemerkt. Doch wenn bestimmte Schwellen überschritten werden, können sie weitreichende Auswirkungen auf Landschaften, Lebewesen, Ökosysteme und das Klima haben. Für Wissenschaftler ist der Permafrost deshalb nicht nur ein Forschungsobjekt, sondern auch ein wichtiger Hinweis darauf, wie empfindlich das Gleichgewicht der Erde auf langfristige Veränderungen reagieren kann.

Ein gefrorener Boden als Warnsignal des Klimawandels

Permafrost gehört zu den weniger bekannten Folgen der globalen Erwärmung. Anders als schmelzende Gletscher oder Hitzewellen steht er nur selten im Mittelpunkt der öffentlichen Aufmerksamkeit. Dennoch zeigt kaum ein anderes Naturphänomen so deutlich, wie tiefgreifend der Klimawandel selbst abgelegene Regionen der Erde verändert. Was über Jahrtausende gefroren blieb, beginnt sich vielerorts zu wandeln.

Die Folgen reichen weit über die Arktis hinaus. Instabile Böden gefährden Siedlungen und Infrastruktur, Lebensräume von Pflanzen und Tieren verändern sich, und zusätzlich freigesetzte Treibhausgase können die Erderwärmung weiter verstärken. Viele dieser Prozesse laufen langsam ab, werden Wissenschaft und Politik aber noch über Jahrzehnte beschäftigen.

Wie stark sich die Permafrostgebiete in Zukunft verändern werden, hängt vor allem davon ab, wie stark die Erde sich weiter erwärmt. Klar ist bereits heute: Der Zustand des Permafrosts ist weit mehr als eine Randnotiz der Klimaforschung. Er gilt als eines der wichtigsten Warnsignale dafür, wie umfassend Eingriffe in das Klimasystem die Erde und damit unseren Lebensraum verändern können.