MOE-Fellowship

Fabian Seemann

Degradation von kĂŒstennahem Permafrost – Wie wirkt sich das Auftauen des kĂŒstennahen Permafrosts auf dessen Speicherung und Mobilisierung von organischem Kohlenstoff aus?

Von Permafrost geprĂ€gte Landschaften erleben derzeit dramatische VerĂ€nderungen, da sich das Klima in der Arktis fast viermal so schnell erwĂ€rmt wie im globalen Durchschnitt. Das Tauen von Permafrost verursacht Landabsenkungen, ein wichtiger zugrundeliegender Prozess der als Thermokarst bezeichnet wird. In den Senken entstehen Seen, die von ungefrorenen Bereichen im ansonsten dauergefrorenen Boden unterlagert sind. Diese ungefrorenen Bereiche heißen Taliks. Wenn Thermokarstseen schließlich entwĂ€ssern, hinterlassen sie drainierte Seebecken, in welchen sich potenziell wieder neuer Permafrost bilden kann, doch mit fortschreitender KlimaerwĂ€rmung wird das Wiedergefrieren der Taliks immer unvollstĂ€ndiger. Auch die Entwicklung von Taliks unabhĂ€ngig von Seen nimmt zu. Diese flĂ€chenhaften Auftauzonen entstehen durch ein zu tiefes sommerliches Auftauen der obersten Bodenschichten, wĂ€hrend die wĂ€rmeren und schneereicheren Winter in der Arktis ein RĂŒckfrieren der saisonalen Auftauschicht nicht mehr vollstĂ€ndig gewĂ€hrleisten. Die Auftauprozesse haben Auswirkungen auf das im Permafrost enthaltene organische Material, denn die mikrobielle Zersetzung des ehemals gefrorenen Materials fĂŒhrt zu Treibhausgasemissionen. Diese liegen im Maßstab der Jahresemissionen von Deutschland und tragen somit erheblich zur KlimaerwĂ€rmung bei. Insgesamt liegt etwa die doppelte Menge an Kohlenstoff, die aktuell in der AtmosphĂ€re ist, in Permafrostgebieten gespeichert. Entlang der arktischen KĂŒsten fĂŒhrt das Auftauen des Permafrosts außerdem zu Erosion, wodurch organisches Material vom Land ins Meer gespĂŒlt wird bzw. ehemalige Thermokarstsenken und -seen von Meerwasser ĂŒberflutet werden. In meinem vorgeschlagenen 36-monatige Promotionsprojekt plane ich daher, die KohlenstoffvorrĂ€te und ihre Eigenschaften in den oben genannten Landschaftseinheitenentlang der KĂŒste Alaskas zu erforschen. Um die Eigenschaften der Sedimente nachvollziehen zu können und die zukĂŒnftige AnfĂ€lligkeit (Tauen) sowie die VerstĂ€rkung des Klimawandels (Treibhausgasentstehung) abschĂ€tzen zu können ist es darĂŒber hinaus wichtig, die Landschaftsentwicklung zu rekonstruieren. Des Weiteren werde ich die VerĂ€nderungen in der Menge des organischen Kohlenstoffes und der QualitĂ€t des organischen Materials analysieren, welche dem Tauen des Permafrosts folgen. Aufgrund der KĂŒstenerosion bzw. Überflutung evaluiere ich außerdem den potenziellen Einfluss von Salz auf das organische Material und dessen Zersetzung. Diese Ergebnisse tragen einen wichtigen Teil zur Bewertung von Permafrost-Klima-RĂŒckkopplungen bei, wodurch Klimamodelle verbessert werden können, die noch nicht inder Lage sind, die Taueffekte des Permafrosts realitĂ€tsnah zu berĂŒcksichtigen. Insbesondere werden mögliche mit PermafrostverĂ€nderungen assoziierte Quellen und Senken des starken Treibhausgases Methan genauer charakterisiert, welches derzeit einen besonders starken Anstieg in der AtmosphĂ€re erfĂ€hrt. FĂŒr den sofortigen Beginn der Laboruntersuchungen stehen Proben aus Nordalaska zur VerfĂŒgung und ich plane, wĂ€hrend einer Expedition in den Nordwesten Alaskas im Jahr 2024 weitere Proben zunehmen. Mein Projekt beinhaltet umfangreiche Laborarbeiten. Mit biogeochemischen Analysen werden die KohlenstoffvorrĂ€te bestimmt. n-Alkan-Biomarker Analysen dienen zur Quantifizierung der QualitĂ€t des organischen Materials und dessen VerĂ€nderung. UnterstĂŒtzend hierzu wird unteranderem die Kohlenstoff-Isotopie verwendet. Des Weiteren werde ich Inkubationsexperimente als einen Hauptbestandteil der Laboranalysen durchfĂŒhren, um die Kohlendioxid- und Methanemissionen aus auftauendem Permafrost zu bestimmen. Weitere LabortĂ€tigkeiten umfassen hydrochemische Analysen, beispielsweise zur Bestimmung des marinen Einflusses. Sedimentologische Analysen werden durchgefĂŒhrt, um z.B. die ErosionsanfĂ€lligkeit der kĂŒstennahen Böden zu bestimmen. Zuletzt sind Radiokarbondatierungen wichtig fĂŒr ein besseres VerstĂ€ndnis von UmweltverĂ€nderungen. Das Promotionsprojekt ist als publikationsbasierte Dissertation mit drei wissenschaftlichen Veröffentlichungen konzipiert und wird unter Beteiligung nationaler und internationaler PartnerInnen am Alfred-Wegener-Institut (AWI) Helmholtz-Zentrum fĂŒr Polar- und Meeresforschung in Potsdam mit Anbindung an die UniversitĂ€t Potsdam durchgefĂŒhrt.


Übersicht

Förderzeitraum

01.07.2023 - 30.06.2026

Institut

UniversitÀt Potsdam
Institut fĂŒr Geowissenschaften
Professur fĂŒr Permafrost im Erdsystem

Betreuer

Prof. Dr. Guido Grosse

Kontakt

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