Tauender Permafrost reduziert das CO₂-Budget erheblich

Treibhausgase aus Permafrostböden reduzieren das bis 2100 verbleibende Budget der CO₂-Emissionen um ein Fünftel, wenn die Erderwärmung zwei Grad Celsius nicht überschreiten soll

Auf den Punkt:

• Verbleibendes Kohlenstoffbudget: Um die globale Erwärmung unter einem bestimmten Wert gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu halten, dürfen künftige Kohlenstoffemissionen ein bestimmtes Maß nicht überschreiten. Schätzungen dieses verbleibenden Kohlenstoffbudgets sind allerdings mit Unsicherheiten behaftet.
• Permafrost berücksichtigt: Der Vergleich von Modellsimulationen mit und ohne Permafrost zeigt, wie sich das verbleibende Kohlenstoffbudget reduziert, wenn man den Kohlenstoff berücksichtigt, der durch den Klimawandel aus tauendem Permafrost freigesetzt wird.
• Für 2 Grad Celsius Erwärmung: Das verbleibende Kohlenstoffbudget reduziert sich durch den freigesetzten Permafrost-Kohlenstoff bis 2300 um 13 Prozent – wenn man nur das 21. Jahrhundert betrachtet, sogar um 20 Prozent. Ab Mitte des 21. Jahrhundert ist in der Simulation mit Permafrost-Kohlenstoff eine stärkere Reduzierung fossiler Emissionen notwendig.
• Für 3 Grad Celsius: Der Unterschied ist mit 11 Prozent bis 2300 insgesamt geringer, und die Emissionspfade weichen erst am Ende des 21. Jahrhunderts voneinander ab.

Das Pariser Klimaabkommen sieht vor, die globale Erwärmung auf deutlich unter zwei Grad gegenüber der vorindustriellen Zeit zu begrenzen. Sollen die 2 Grad Celsius mit 50-prozentiger Wahrscheinlichkeit nicht überschritten werden, so dürfen einer jüngeren Berechnung des Global Carbon Projects zufolge maximal noch rund 305 Gigatonnen (Milliarden Tonnen) anthropogenen Kohlenstoffs (das entspricht 1110 Gigatonnen Kohlendioxid) in die Atmosphäre gelangen, das aktuelle Jahr eingeschlossen. Dabei fällt diese Zahl für ambitioniertere Temperaturziele und höhere Wahrscheinlichkeiten für ihre Einhaltung deutlich geringer aus. Es bestehen allerdings auch große Unsicherheiten. Dazu gehört die Menge an Kohlenstoff, die durch den Klimawandel aus Permafrost – dauerhaft gefrorenem Boden, der große Mengen von Kohlenstoff enthält – freigesetzt wird. Im Zuge der globalen Erwärmung taut dieser auf, wodurch der Kohlenstoff in Form von Treibhausgasen in die Atmosphäre gelangen kann. Forschende haben nun gezeigt: Wenn man diese Freisetzung von Permafrost-Kohlenstoff berücksichtigt, reduziert sich das für dieses Jahrhundert verbleibende Kohlenstoffbudget für 2 Grad Celsius Erwärmung um ein Fünftel.

Das von Goran Georgievski vom Max-Planck-Institut für Meteorologie geleitete Team erstellte Klimaprojektionen bis ins Jahr 2300 mit dem Max-Planck-Institut-Erdsystemmodell (MPI-ESM). Die Forschenden verglichen Simulationen, die den Permafrost-Kohlenstoff berücksichtigen, mit solchen, die das nicht tun, und nutzten den Algorithmus des Adaptive Emission Reduction Approach (AERA) zur Berechnung der mit einem Temperaturziel kompatiblen menschengemachten Kohlenstoffemissionen. Aus diesen Berechnungen gingen nicht nur die jeweils verbleibenden Budgets, sondern auch sogenannte Emissionspfade hervor. Diese zeigen, wie schnell die Emissionen sinken müssen.

CO₂-Emissionen müssen wegen des Permafrost-Kohlenstoffs schneller sinken

Demnach werden durch die tauenden Permafrostböden bis zum Ende des betrachteten Zeitraums rund 122 Gigatonnen Kohlenstoff freigesetzt, wenn die Erwärmung 2 Grad Celsius beträgt. Das ist mehr als das dreifache der weltweiten menschengemachten CO₂-Emissionen, die 2024 bei knapp 42 Gigatonnen lagen. Sollte es 3 Grad Celsius wärmer werden, sind es 229 Gigatonnen. Jeweils drei Viertel dieses getauten Permafrost-Kohlenstoffs gelangen den Projektionen zufolge in die Atmosphäre. Der Rest wird so langsam abgebaut, dass er bis zum Ende des Betrachtungszeitraums im Boden verbleibt.

Der Vergleich zwischen Simulationen mit und ohne Permafrost zeigt, wie der in die Atmosphäre freigesetzte Kohlenstoff sich auswirkt. Demzufolge reduziert sich das verbleibende Kohlenstoffbudget beim 2-Grad-Ziel um 13 Prozent – bis zum Ende des 21. Jahrhunderts sogar um 20 Prozent. Die Emissionspfade (mit und ohne Permafrost, jeweils für 2 Grad Celsius Erwärmung) weichen ab der Mitte dieses Jahrhunderts voneinander ab. Bis dahin nehmen der Ozean und die Biosphäre zusätzlichen Kohlenstoff auf. Diese Aufnahmekapazität lässt ab der Mitte des Jahrhunderts aber nach, was in der Simulation mit Permafrost eine stärkere Reduzierung der Emissionen ab Mitte des Jahrhunderts notwendig macht.

Plötzliches Tauen des Permafrosts verändert die Landschaft

Bei 3 Grad Celsius ist der Unterschied mit 11 Prozent bis 2300 insgesamt geringer, und die Emissionspfade weichen auch erst am Ende des 21. Jahrhunderts merklich voneinander ab. „Diese Zahlen sind zwar nicht eklatant hoch, aber sie sind auch nicht zu vernachlässigen“, ordnet Hauptautor Georgievski die Ergebnisse ein. „Neben den allmählichen Veränderungen kann es jedoch in bestimmten Gebieten zu einem plötzlichen und dramatischen Auftauen des Permafrostbodens kommen, was zu Abbrüchen, Bodensenkungen und der Bildung von Thermokarstseen führt.“ Diese lokalen Umbrüche führen kurzzeitig zu hohen Treibhausgasemissionen. Sie verändern die Landschaft und damit die Eigenschaften der Landoberfläche wie Albedo und Vegetationsbedeckung. Aktuelle Forschung am Max-Planck-Institut für Meteorologie zielt darauf ab, die Darstellung solcher Prozesse in Klimamodellen zu verbessern.