Obwohl es einige regionale Unterschiede gibt, ist das beobachtete Tempo der arktischen Erwärmung weitaus höher als die Modelle vermuten ließen. Dies bringt uns gefährlich nahe an wichtige Klimaschwellen heran, deren Überschreiten globale Folgen haben wird.
Eine neue Studie zeigt, dass sich die Arktis in den letzten 43 Jahren fast viermal so schnell erwärmt hat wie der Rest der Welt. Die Erde ist etwa 1,1 °C wärmer als zu Beginn der industriellen Revolution (Anfang des 19.Jahrhunderts). Die Arktis hingegen ist im Durchschnitt etwa 3 °C wärmer als in den 1980-er Jahren.
a Jährliche mittlere Temperaturanomalien in der Arktis (66,5°-90°N) (dunkle Farben) und weltweit (helle Farben) im Zeitraum 1950-2021 aus verschiedenen Beobachtungsdatensätzen. Abgebildet sind auch die linearen Temperaturtrends für 1979-2021. b Jährliche mittlere Temperaturtrends für den Zeitraum 1979-2021, abgeleitet aus dem Durchschnitt der Beobachtungsdatensätze. c Lokales Verstärkungsverhältnis, berechnet für den Zeitraum 1979-2021, abgeleitet aus dem Mittelwert der Beobachtungsdaten. Die gestrichelte Linie in (b) und (c) zeigt den Polarkreis (66,5°N).
Gründe für die schnelle Erwärmung
Meereis wird aus Meerwasser gebildet, das im Winter gefriert und im Sommer teilweise schmilzt. Diese dünne Schicht ist von einer hellen Schneeschicht bedeckt, die die Absorption der Sonnenstrahlung verringert. Etwa 85 % der einfallenden Sonnenstrahlung wird zurück ins All reflektiert. Im offenen Ozean ist das Gegenteil der Fall. Als dunkelste natürliche Oberfläche des Planeten absorbiert der Ozean 90 % der Sonnenstrahlung.
Ist der Arktische Ozean mit Eis bedeckt, wird die Absorption der Sonnenstrahlung verringert. Wenn das Meereis schmilzt, erhöht sich die Absorption.
Daraus entsteht eine Rückkopplungsschleife. Die rasche Erwärmung des Ozeans verstärkt die Meereisschmelze, dies wiederum beschleunigt die Erwärmung des Ozeans.
Numerische Klimamodelle schätzten bisher, dass sich die Arktis 2,5 Mal schneller erwärmt als der globale Durchschnitt. Dies deutet darauf hin, dass die Rückkopplungsschleifen von den bisherigen Modellen möglicherweise nicht vollständig erfasst und die Folgen der künftige Erwärmung der Arktis unterschätzt wurden.
Obwohl es einige regionale Unterschiede im Ausmaß der arktischen Verstärkung gibt, ist das beobachtete Tempo der arktischen Erwärmung weitaus höher als die Modelle vermuten ließen. Basierend auf den Beobachtungen der Oberflächentemperaturen der letzten 40 Jahre wurde der Wert der arktischen Verstärkung von 2,5 nun auf 4 korrigiert.
Dies bringt uns gefährlich nahe an wichtige Klimaschwellen heran, deren Überschreiten globale Folgen haben wird.
Klimaschwellen
Neben dem Meereis gibt es in der Arktis noch andere Klimakomponenten, die äußerst empfindlich auf eine Erwärmung reagieren.
Eines dieser Elemente ist der Permafrost.
Der arktische Permafrostboden enthält genug Kohlenstoff, um die globale Durchschnittstemperatur um mehr als 3 °C zu erhöhen. Wenn die Temperaturen in der Arktis steigen, wird die oberste Bodenschicht, die jeden Sommer auftaut, tiefer. Sollte sich das Auftauen des Permafrosts beschleunigen, besteht das Potenzial für einen unkontrollierbaren positiven Rückkopplungsprozess, der oft als Kohlenstoff-Zeitbombe des Permafrosts bezeichnet wird. Die Freisetzung von zuvor gespeichertem Kohlendioxid und Methan wird zur weiteren Erwärmung der Arktis beitragen und damit das künftige Auftauen des Permafrosts beschleunigen.
Nun hat sich eine neue Bedrohung herauskristallisiert: Die arktischen Seen trocknen aus, wie eine in der Zeitschrift Nature Climate Change veröffentlichte Studie zeigt.
Postdoktorandin Elizabeth Webb vom Fachbereich Biologie der University of Florida zeigt, dass die arktischen Seen in der gesamten Arktis – einer Region, die sich über die nördlichen Teile Kanadas, Russlands, Grönlands, Skandinaviens und Alaskas erstreckt – in den letzten 20 Jahren geschrumpft oder ganz ausgetrocknet sind.
Die schwindenden Seen sind eine wichtige Süßwasserquelle für die lokalen indigenen Gemeinschaften. Auch bedrohte und gefährdete Arten, darunter Zugvögel und Wasserlebewesen, sind zum Überleben auf die Lebensräume der Seen angewiesen.
Der Rückgang der Seen kommt überraschend. Wissenschaftler waren davon ausgegangen, dass sich die Seen in der Tundra aufgrund der durch das schmelzende Bodeneis veränderten Landoberfläche zunächst ausdehnen würden. Stattdessen scheint es, dass der auftauende Permafrost die Seen entwässert, indem er Abflusskanäle schafft und die Bodenerosion in die Seen verstärkt.
“Es mag kontraintuitiv erscheinen, dass zunehmende Niederschläge das Oberflächenwasser reduzieren”, so Jeremy Lichstein, Berater von Webb und Mitautor der Studie. “Aber es stellte sich heraus, dass die physikalische Erklärung bereits in der wissenschaftlichen Literatur zu finden war: Regenwasser transportiert Wärme in den Boden und beschleunigt das Auftauen des Permafrosts, wodurch sich unterirdische Kanäle öffnen können, die die Oberfläche entwässern.”
Permafrostböden speichern fast doppelt so viel Kohlenstoff wie die Atmosphäre. Dieser Kohlenstoff kann beim Auftauen des Permafrosts in Form von Methan und Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen.
Um zu ihren Ergebnissen zu gelangen, nutzte Webbs Team Satellitendaten, um Trends bei der Veränderung des Oberflächenwassers in der Arktis zu ermitteln. “Eines der Dinge, die ich an der Fernerkundung wirklich mag, ist, dass man Antworten auf scheinbar unmögliche Fragen geben kann – wir haben jetzt die Möglichkeit, sie zu beantworten”, sagte Webb. “Erst in den letzten fünf, zehn Jahren hatten wir die Rechenleistung und die Ressourcen, um dies zu erreichen.
Der Schneeball rollt
Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass der beste Weg, den Permafrost zu retten, die Reduzierung der Emissionen fossiler Brennstoffe ist. Eine Reduzierung der Kohlenstoffemissionen könnte den globalen Temperaturanstieg begrenzen.
“Der Schneeball rollt bereits”, sagt Webb und erklärt, dass wir jetzt handeln müssen, um diese Veränderungen zu verlangsamen. “Es wird nicht funktionieren, wenn wir so weitermachen wie bisher”.
Weiterführende Literatur
Elizabeth E. Webb et al, Permafrost thaw drives surface water decline across lake-rich regions of the Arctic, Nature Climate Change (2022). DOI: 10.1038/s41558-022-01455-w
Rantanen, M., Karpechko, A.Y., Lipponen, A. et al. The Arctic has warmed nearly four times faster than the globe since 1979. Commun Earth Environ 3, 168 (2022). DOI: 10.1038/s43247-022-00498-3
Permafrost Discovery Gateway: https://arcticdata.io/catalog/portals/permafrost/Imagery-Viewer
