Landmassen avancieren zur tickenden CO2-Bombe

Landmassen nehmen das vom Menschen freigesetzte Kohlendioxid in gigantischen Mengen auf. Auf diese Weise lässt sich der anthropogen bedingte Klimawandel aufhalten – sollte man meinen. Doch was zunächst nach natürlicher CO2-Speicherung und somit nach einer guten Nachricht klingt, erweist sich als menschheitsbedrohende Zeitbombe: Durch die Aufheizung der betroffenen Landmassen weicht der Permafrostboden auf, und setzt weitaus gefährlichere Treibhausgase als CO2 frei, etwa Methan. Zudem können ganze Ökosysteme kollabieren, weil auch der Boden unterhalb von Binnenseen immer wärmer wird.

Der Klimawandel hat viele Effekte – der bekannteste davon ist die globale Erwärmung. Die überschüssige Wärme wird zu 89 Prozent in den Ozeanen gespeichert, der Rest von Eis und Gletschern, der Atmosphäre und von Landmassen. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) hat nun die gespeicherte Wärmemenge an Land (inklusive der Binnengewässer) untersucht und deren Verteilung aufgezeigt. Die im Fachjournal Earth System Dynamics veröffentlichten Berechnungen zeigen, dass dort im Jahr 2020 mehr als das 20-fache im Vergleich zu 1960 gespeichert wurde, wobei der stärkste Anstieg unter der Erde stattfand.

Die Zunahme der menschgemachten Treibhausgase in der Atmosphäre verhindert, dass Wärme ins All abgegeben wird. Folglich nimmt die Erde stetig mehr Sonnenstrahlung auf, als sie durch Wärmestrahlung abgeben kann. Diese zusätzliche Energie, das zeigen frühere Studien, wird gespeichert: vor allem in den Ozeanen (89 Prozent), aber auch in den Landmassen der Kontinente (5-6 Prozent), in Eis und Gletschern (4 Prozent) und in der Atmosphäre (1-2 Prozent). 

Dem Forschungsteam unter Leitung des UFZ und mit Beteiligung von Wissenschaftler:innen des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), der Vrije Universiteit Brussel und anderer Forschungszentren gelang es, genauer zu quantifizieren, wie viel Wärme zwischen 1960 und 2020 in den kontinentalen Landmassen gespeichert wurde. Das Ergebnis: Insgesamt wurden dort zwischen 1960 und 2020 23,8 x 1021 Joule Wärme aufgenommen. Zum Vergleich: Das entspricht in etwa dem 1.800-fachen Stromverbrauch Deutschlands in der gleichen Zeit. Mit einem Anteil von rund 90 Prozent wird die meiste Wärme bis zu 300 Metern tief in der Erde gespeichert; 9 Prozent der Energie sorgen für das Auftauen von Permafrostböden in der Arktis, 0,7 Prozent werden in Binnengewässern wie beispielsweise Seen und Stauseen gespeichert. „Obwohl die Binnengewässer und Permafrostböden weniger Wärme speichern als die Böden, müssen sie dauerhaft beobachtet werden, denn die zusätzliche Energie sorgt für bedeutsame Veränderungen der Ökosysteme“, sagt der UFZ-Forscher Francisco José Cuesta-Valero, Erstautor der Studie.

Die Quantifizierung der thermischen Energie ist wichtig, weil mit ihrer Zunahme Prozesse einhergehen, die Ökosysteme verändern können und somit Folgen für die Gesellschaft haben. Dies gilt zum Beispiel für die dauerhaft gefrorenen Böden in der Arktis. „In Permafrostböden mag die Wärmemenge zwar nur neun Prozent der kontinentalen Wärmespeicherung ausmachen, der Anstieg in den letzten Jahren verstärkt aber durch das Auftauen des Permafrostes die Freisetzung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan“, sagt Francisco José Cuesta-Valero. Nimmt die gespeicherte Wärmeenergie im Boden zu, erwärmt sich die Erdoberfläche und gefährdet damit beispielsweise die Stabilität des Kohlenstoffpools im Boden. Auf landwirtschaftlichen Flächen könnte das die Ernten und damit die Ernährungssicherheit der Bevölkerung gefährden. In Binnengewässern könnte sich der veränderte thermische Zustand auf die Dynamik der Ökosysteme auswirken: Die Wasserqualität verschlechtert sich, der Kohlenstoffkreislauf gerät durcheinander; es kommt vermehrt zu Algenblüten, was wiederum die Sauerstoffkonzentration und die Primärproduktivität verändert und sich damit auf den Fischfang auswirken könnte.

Originalpublikation:

Francisco José Cuesta-Valero, Hugo Beltrami, Almudena García-García, Gerhard Krinner,
Moritz Langer, Andrew H. MacDougall, Jan Nitzbon, Jian Peng, Karina von Schuckmann, Sonia I. Seneviratne, Wim Thiery, Inne Vanderkelen, and Tonghua Wu. Continental Heat Storage: Contributions from the Ground, Inland Waters, and Permafrost Thawing. Earth System Dynamics. https://doi.org/10.5194/esd-14-609-2023