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Kohlenstoff aus abtauendem Permafrost bleibt größtenteils im Meeresboden
Tauwetter und Küstenerosion tragen uralten Kohlenstoff aus arktischem Permafrost ins Meer. Doch nach der Ablagerung im Meeresboden bauen Mikroorganismen weniger als zehn Prozent des pleistozänen Materials ab, wie Isotopenanalysen vor Kanada zeigen. Der Befund spricht für eine begrenzte unmittelbare Klimawirkung nach der Ablagerung, lässt aber offen, wie viel reaktiver Kohlenstoff schon zuvor verloren geht.
Bremerhaven (Deutschland). Im arktischen Permafrost lagern rund 1.300 Gigatonnen organischer Kohlenstoff, weitere etwa 400 Gigatonnen stecken in stark sedimentbedeckten Gebieten und arktischen Deltas. Wenn Dauerfrostböden tauen und eisreiche Küsten erodieren, gelangt ein Teil dieses lange gespeicherten Materials ins Meer, wobei nach bisherigen Schätzungen bis zu 0,015 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr in den Arktischen Ozean verfrachtet werden.
Wie viel davon nach der Ablagerung wieder in den aktiven Kohlenstoffkreislauf gelangt, war bisher nur unzureichend geklärt. Forscher des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) um Dr. Manuel Ruben haben deshalb Sedimente vor Qikiqtaruk, auch Herschel Island genannt, an der kanadischen Beaufortsee untersucht.
Das Team nahm im Juli 2022 an zwei Standorten Sedimentkerne, von denen der küstennahe Kern rund 250 Meter vom Ufer entfernt in 5,8 Meter Wassertiefe gewonnen wurde. Seine 28 Zentimeter Sediment umfassen ungefähr 50 Jahre Ablagerung, während ein zweiter, 35 Zentimeter langer Kern aus 45 Meter Wassertiefe im Herschel Basin etwa 100 Jahre zurückreicht.
Die Forscher bestimmten die Anteile verschiedener Kohlenstoffquellen mit den Isotopen Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14 und analysierten zusätzlich gelösten anorganischen Kohlenstoff im Porenwasser des Sediments. Dieser entsteht unter anderem beim mikrobiellen Abbau organischen Materials, während die Kohlenstoffsignatur von Membranlipiden lebender Bakterien als Hinweis darauf diente, welche Nahrung die Mikroorganismen tatsächlich nutzen.
Im Küstensediment stammten im Mittel 41 Prozent des organischen Kohlenstoffs aus pleistozänem Permafrost, im Becken waren es 65 Prozent. Marine Algen lieferten dagegen nur etwa vier beziehungsweise elf Prozent des sedimentären Kohlenstoffs.
Trotz des hohen Anteils an altem Material blieb dessen Beitrag zum mikrobiellen Umsatz gering. Die Studie schätzt, dass nach der Ablagerung nur etwa 2,3 bis 9,7 Prozent des pleistozänen Permafrost-Kohlenstoffs remineralisiert werden und damit wieder in anorganische Formen wie Kohlendioxid übergehen. Beim jüngeren terrestrischen Kohlenstoff aus holozänen Böden lag die geschätzte Spanne bei 2,9 bis 15,0 Prozent.
„Mikroorganismen wandeln rund zehn Prozent aus den Sedimenten in Gase um, die ins Wasser aufsteigen und von dort in unsere Atmosphäre gelangen können“, erklärt Dr. Manuel Ruben.
Auch das Alter des tatsächlich genutzten Kohlenstoffs spricht für eine starke Auswahl. Der aus den Isotopensignaturen abgeleitete Kohlenstoff war am Küstenstandort im Mittel rund 4.800 Radiokohlenstoffjahre alt und im Becken etwa 2.300 Jahre, während das angelieferte Permafrostmaterial im Mittel rund 25.000 Radiokohlenstoffjahre alt war.
Besonders deutlich wird diese Präferenz in den untersuchten Membranlipiden aus dem Küstenkern, deren Kohlenstoff zu rund 73 Prozent aus marinem organischem Material stammte. Dieser Anteil ist auffällig hoch, weil marines Material im Sediment selbst viel seltener war und frische Nahrung aus der Primärproduktion damit offenbar leichter nutzbar ist als der alte Kohlenstoff vom Land.