Böden und Permafrost als Klimafaktoren einfach erklärt

Hast du dich jemals gefragt, was tief unter der Erde im hohen Norden verborgen liegt? Es ist kein Gold oder Silber, sondern eine gigantische, unsichtbare Tiefkühltruhe, die das Klima unserer gesamten Erde kontrolliert!

In dieser Lektion werden wir entdecken, wo die Natur riesige Mengen an Kohlenstoff speichert. Du wirst lernen, was passiert, wenn diese natürlichen Tiefkühltruhen plötzlich auftauen, und wie das einen gefährlichen Teufelskreis für unser Klima auslöst. Böden und Permafrost als Klimafaktoren sind ein zentrales Thema, um den globalen Klimawandel und seine Folgen richtig zu verstehen.

Vorwissen

• Treibhauseffekt: Gase in der Luft halten die Wärme der Sonne auf der Erde fest, ähnlich wie das Glas in einem Gewächshaus. Beispiel: Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) ist ein bekanntes Treibhausgas, das die Erde erwärmt.
• Kohlenstoff: Ein chemisches Element, das der Grundbaustein aller Lebewesen ist. Beispiel: Holz, Blätter und auch unsere eigenen Körper enthalten Kohlenstoff.

Aufgabentyp 1: Die gigantischen Kohlenstoff-Speicher der Erde

Unser Planet hat verschiedene Orte, an denen er Kohlenstoff über lange Zeiträume wegsperrt. Diese Orte nennen wir Kohlenstoffsenken. Stell dir diese Senken wie riesige Lagerhallen vor.

Die größte Lagerhalle ist die Lithosphäre (die tiefen Gesteinsschichten der Erde) mit 75 Millionen Gigatonnen Kohlenstoff, gefolgt von den Ozeanen mit 35.000 Gigatonnen. Auch fossile Brennstoffe wie Kohle und Erdöl speichern viel Kohlenstoff (4.100 Gigatonnen).

Besonders wichtig und oft übersehen sind unsere Böden. Dazu gehören normaler Humus, Torf in Mooren und der Permafrost (dauerhaft gefrorener Boden). Die Böden speichern zusammen etwa 2.500 Gigatonnen Kohlenstoff. Der Permafrost allein speichert davon 950 bis 1.700 Gigatonnen. Wenn wir das mit der Biosphäre (alle Pflanzen und Tiere, 800 Gigatonnen) und der Atmosphäre (der Luft, 730 Gigatonnen) vergleichen, sehen wir etwas Erstaunliches: Die Böden speichern viel mehr Kohlenstoff als alle Pflanzen, Tiere und die gesamte Luft zusammen!

Durchgerechnete Beispiele

Aufgabentyp 2: Permafrost und der gefährliche Teufelskreis

Im hohen Norden der Erde, wo es sehr kalt ist, ist der Boden das ganze Jahr über tief gefroren. Das ist der Permafrost. In diesem Eis sind unzählige abgestorbene Pflanzen eingefroren, die voller Kohlenstoff stecken. Solange sie gefroren sind, passiert nichts.

Wenn es im Sommer jedoch wärmer wird und die oberste Schicht des Permafrosts auftaut, erwachen winzige Lebewesen (Mikroorganismen) im Boden. Sie fangen an, die aufgetauten Pflanzenreste zu fressen. Diesen Vorgang nennt man mikrobiellen Abbau. Beim Verdauen geben diese winzigen Lebewesen hochwirksame Treibhausgase ab: Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$), Methan ($\text{CH}_4$) und Lachgas ($\text{N}_2\text{O}$).

Das Freisetzen dieser Gase führt zu einem gefährlichen Rückkopplungseffekt (einem Teufelskreis). Die neuen Treibhausgase steigen in die Luft und verstärken die Erwärmung der Atmosphäre. Weil es wärmer wird, taut noch mehr Permafrost auf. Dadurch wachen noch mehr Mikroorganismen auf, fressen mehr Pflanzen und produzieren noch mehr Treibhausgase. Der Kreislauf treibt sich selbst immer weiter an.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Erwärmung: Die Temperatur der Luft steigt durch den bestehenden Treibhauseffekt an.
2. Auftauen: Der dauerhaft gefrorene Permafrostboden taut auf.
3. Mikrobieller Abbau: Mikroorganismen zersetzen die nun aufgetauten, toten Pflanzenreste.
4. Gasfreisetzung: Dabei entstehen die Treibhausgase $\text{CO}_2$, $\text{CH}_4$ und $\text{N}_2\text{O}$, die in die Luft entweichen und zurück zu Schritt 1 führen.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Böden (besonders Permafrost) sind gigantische Kohlenstoffsenken und speichern mehr Kohlenstoff als die Atmosphäre und alle Lebewesen zusammen.
• Wenn Permafrost auftaut, zersetzen Mikroorganismen alte Pflanzenreste.
• Dabei entstehen starke Treibhausgase wie $\text{CO}_2$ und Methan ($\text{CH}_4$).
• Dies führt zu einem Rückkopplungseffekt: Mehr Gase bedeuten mehr Wärme, was zu noch mehr auftauendem Permafrost führt.