Charakterisierung des organischen Kohlenstoffs und Einschätzung der Treibhausgasemission in einer sich erwärmenden Arktis

Stipendiatin/Stipendiat: Maren Jenrich

Permafrost-Kohlenstoff-Pools sind eine wichtige Speicherkomponente des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs, die mit der zunehmenden Erwärmung der Arktis gefährdet sind. Entsprechend hat das United Nations Environmental Programme (UNEP) in 2019 das Tauen von Permafrost als eines der fünf wichtigsten aufkommenden Umweltprobleme von globaler Bedeutung identifiziert (UNEP, 2019).

Neben der zunehmenden mikrobiellen Zersetzung organischen Materials führt das Tauen des Permafrostes auch zu Oberflächenveränderungen. Thermokarst-Seen (Tauseen) und Senken sind die Folge der Volumenabnahme schmelzenden Eises im Untergrund. Steigender Meeresspiegelanstieg und Küstenerosion führen entlang der eisreichen Permafrostküsten Sibiriens, Alaskas und Kanadas zur Überschwemmung von Thermokarstseen oder entwässerten Seebecken und somit zur Bildung sogenannter Thermokarst-Lagunen. Diese arktischen Lagunen bilden den Übergangsbereich zwischen terrestrischem und marinem Permafrost und stellen dadurch ein ideales Forschungsobjekt für die Untersuchung des gespeicherten Kohlenstoffs dar. Während des gegenwärtigen und zukünftigen Klimawandels in der Arktis ist zu erwarten, dass sich die Entstehung und Entwicklung von Thermokarst-Lagunen beschleunigt. Die tauenden Bereiche unter den Lagunen bilden dann einen möglichen Aufstiegsweg für Methan aus tiefem, subaquatischem Permafrost und destabilisiertem Methan-Hydrat.

Bisher sind Thermokarst-Lagunen und deren Rolle im Klimawandel kaum erforscht.

Ziel dieses Promotionsprojektes ist es, Thermokarst-Lagunen und den in den Sedimenten gespeicherten organischen Kohlenstoff zu charakterisieren, den Kohlenstoff-Abbau und Treibhausgasfreisetzung unter unterschiedlich starkem Meereswassereinfluss zu untersuchen und somit abzuschätzen ob das organische Material in Thermokarst-Lagunen auf anderen zeitlichen Skalen abgebaut wird als in Thermokarst-Seen und dadurch möglicherweise früher in die Atmosphäre gelangen kann. 

Dazu werden modernste Methoden der Analytik angewendet. Die Methodik umfasst einen multidisziplinären Ansatz bestehend aus sedimentologischen, biogeochemischen und mikrobiologischen Untersuchungen. Ein Kernstück der praktischen Arbeit sind Langzeit-Inkubationsexperimente zur Quantifizierung der Freisetzung von Kohlenstoffdioxid und Methan aus unterschiedlich stark vom Salzwasser beeinflussten Sedimenten.  Die Analyse von Biomolekülen, sogenannten Biomarkern, ermöglichen die genaue Abschätzung des Degradationsgrades des im Lagunensediment gespeicherten organischen Kohlenstoffs. Über Laser-Partikel-Analysen des Sediments werden die Ablagerungsregime bestimmt, während über hydrochemische Analysen des Porenwassers Erkenntnisse zur Salzintrusion gewonnen werden können. Ziel der sedimentologischen und hydrochemischen Untersuchungen ist es Thermokarst-Lagunen als Übergangssystem zwischen Land und Meer zu charakterisieren. Zur Abbildung der räumlichen Variabilität, werden Proben aus zwei Regionen mit unterschiedlichen Umweltbedingungen untersucht. Das Probenmaterial aus Nordost-Sibirien ist bereits vorrätig und umfasst zwei 30m lange Lagunen-Sedimentkerne. Teil der Promotion ist außerdem eine Feldkampagne in Kooperation mit der University of Alaska Fairbanks nach Nord-Alaska, während derer weiteres Probenmaterial von Thermokarst-Lagunen, Thermokarst-Seen und ungestörten Permafrostböden genommen wird. 

Förderzeitraum:
01.01.2021 - 31.12.2023

Institut:
Universität Potsdam
Institut für Geowissenschaften
Professur für Permafrost im Erdsystem

Betreuer:
Prof. Dr. Guido Grosse

E-Mail: E-Mail schreiben