Was sind Böden und Permafrost als Klimafaktoren?

Böden und Permafrost als Klimafaktoren spielen eine entscheidende Rolle, da sie gigantische Mengen an Kohlenstoff speichern. Permafrostböden sind dauerhaft gefroren und wirken wie eine riesige Tiefkühltruhe für abgestorbene Pflanzenreste. Tauen sie auf, wird dieser Kohlenstoff als Treibhausgas freigesetzt.

Warum ist das Auftauen von Permafrost so gefährlich für das Klima?

Wenn der Permafrost auftaut, werden Mikroben aktiv, die alte Pflanzenreste zersetzen. Bei diesem mikrobiellen Abbau entstehen extrem starke Treibhausgase wie Kohlenstoffdioxid, Methan und Lachgas. Diese Gase heizen die Erde weiter auf und beschleunigen den Klimawandel.

Was ist der Rückkopplungseffekt beim Permafrost?

Der Rückkopplungseffekt ist ein gefährlicher Teufelskreis: Die globale Erwärmung lässt den Permafrost auftauen. Dadurch setzen Mikroben mehr Treibhausgase frei, was die Erde noch weiter erwärmt. Diese zusätzliche Wärme lässt den Boden noch tiefer auftauen, und der Kreislauf beginnt von vorn.

Böden und Permafrost als Klimafaktoren

Stell dir vor, jemand zieht den Stecker einer riesigen Tiefkühltruhe, die seit Jahrtausenden fest verschlossen war. Genau das passiert gerade in den kalten Regionen unserer Erde.

In diesem Artikel schauen wir uns Böden und Permafrost als Klimafaktoren genauer an. Wir lernen, warum gefrorene Böden gigantische Mengen an Kohlenstoff speichern und warum ihr Auftauen einen gefährlichen Teufelskreis für unser Klima in Gang setzt.

Vorwissen

Der Kohlenstoffkreislauf: Kohlenstoff wandert ständig zwischen der Luft, Pflanzen und dem Boden hin und her.

Beispiel: Pflanzen nehmen $\text{CO}_2$ aus der Luft auf. Wenn sie sterben, wird ihr Kohlenstoff zu Erde.
Treibhausgase: Gase in der Luft, die die Wärme der Sonne auf der Erde festhalten.

Beispiel: Kohlenstoffdioxid ( $\text{CO}_2$ ) wirkt in der Atmosphäre wie das Glas in einem Gewächshaus und sorgt dafür, dass es wärmer wird.

Aufgabentyp 1: Die gigantischen Kohlenstoffspeicher der Erde

Um Böden und Permafrost als Klimafaktoren richtig einzuordnen, müssen wir wissen, wo auf der Erde Kohlenstoff „geparkt“ ist. Diese Orte nennen wir Kohlenstoffspeicher.

Die Lithosphäre (Gesteine) und die Ozeane speichern am meisten Kohlenstoff. Für das Klima sind aber die Speicher an der Erdoberfläche besonders wichtig. Schauen wir uns die Mengen in Gigatonnen ( $\text{Gt}$ ) an:

Atmosphäre (Luft): $730 \text{ Gt}$
Biosphäre (Pflanzen und Tiere): $800 \text{ Gt}$
Böden (Humus, Torf): $2.500 \text{ Gt}$
Permafrostböden (dauerhaft gefrorener Boden): $950 \text{ bis } 1.700 \text{ Gt}$

Balkendiagramm Kohlenstoffspeicher der Erde

Fällt dir etwas auf? Die Böden und der Permafrost speichern zusammen weit über $3.000 \text{ Gt}$ Kohlenstoff. Das ist mehr als doppelt so viel wie in der Atmosphäre und Biosphäre zusammen! Besonders die Landmassen im hohen Norden (nördlich des 50. Breitengrades) sind riesige Kohlenstoff-Tresore.

Aufgabentyp 2: Die Gefahr aus dem auftauenden Eis

Permafrostböden sind Böden, die das ganze Jahr über gefroren sind. Sie wirken wie die eben erwähnte Tiefkühltruhe, in der abgestorbene Pflanzenreste seit Jahrtausenden eingefroren sind.

Wenn es im Sommer wärmer wird, taut die oberste Schicht dieses Bodens auf. Das weckt winzige Lebewesen: die Mikroben.

Diese Mikroben beginnen sofort, die aufgetauten Pflanzenreste zu zersetzen (das nennt man mikrobiellen Abbau). Dabei produzieren sie Gase, die in die Luft entweichen:

Kohlenstoffdioxid ( $\text{CO}_2$ )
Methan ( $\text{CH}_4$ )
Distickstoffmonoxid / Lachgas ( $\text{N}_2\text{O}$ )

Alle drei sind extrem starke Treibhausgase. Wenn sie in die Luft gelangen, heizen sie die Erde weiter auf. Das führt zu einem gefährlichen Rückkopplungseffekt (einem Teufelskreis):

Die Erde wird wärmer.
Der Permafrost taut noch tiefer auf.
Die Mikroben zersetzen noch mehr Pflanzenreste und produzieren noch mehr Treibhausgase.
Die Erde wird dadurch noch wärmer, und der Kreislauf beginnt von vorn.

Kreislauf des Rückkopplungseffekts beim Permafrost

Schritt-für-Schritt-Anleitung: Den Rückkopplungseffekt erklären

In Prüfungen wird oft nach dem positiven Rückkopplungseffekt (Teufelskreis) gefragt. Nutze diesen Plan, um ihn lückenlos zu beschreiben:

Schritt 1: Der Auslöser – Beginne mit der globalen Erwärmung (die Temperaturen steigen).
Schritt 2: Die direkte Folge im Boden – Erkläre, dass der Permafrost tiefer auftaut und Mikroben aktiv werden.
Schritt 3: Der chemische Prozess – Nenne den mikrobiellen Abbau und die entstehenden Gase ( $\text{CO}_2$ , $\text{CH}_4$ , $\text{N}_2\text{O}$ ).
Schritt 4: Der Kreislauf schließt sich – Erkläre abschließend, dass diese neu freigesetzten Gase die Erwärmung aus Schritt 1 weiter verstärken.

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 1

Aufgabe

Berechne anhand der folgenden Daten, wie viel mehr Kohlenstoff in den Böden (inklusive Permafrost) gespeichert ist als in der Atmosphäre und Biosphäre zusammen. Erkläre anschließend kurz, warum diese Zahlen im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung besorgniserregend sind.

Daten: Atmosphäre ( $730 \text{ Gt}$ ), Biosphäre ( $800 \text{ Gt}$ ), normale Böden ( $2.500 \text{ Gt}$ ), Permafrost (rechne hier mit einem Mittelwert von $1.300 \text{ Gt}$ ).

Fortschritt

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Schritt 1
Kohlenstoff in Böden berechnen
Wir addieren die normalen Böden und den Permafrost: $m_{\text{Böden}} = 2.500 \text{ Gt} + 1.300 \text{ Gt}$ $= 3.800 \text{ Gt}$
Schritt 2
Kohlenstoff in Atmosphäre und Biosphäre berechnen
Wir addieren die Luft und die Lebewesen: $m_{\text{Luft+Leben}} = 730 \text{ Gt} + 800 \text{ Gt}$ $= 1.530 \text{ Gt}$
Schritt 3 · Ergebnis
Vergleich und Erklärung
Die Böden speichern $3.800 \text{ Gt}$ , was mehr als doppelt so viel ist wie die $1.530 \text{ Gt}$ in Atmosphäre und Biosphäre zusammen.

Ergebnis:

Das ist besorgniserregend, weil beim Auftauen des Permafrosts riesige Mengen dieses gespeicherten Kohlenstoffs durch Mikroben als Treibhausgase ( $\text{CO}_2$ , $\text{CH}_4$ ) in die Atmosphäre gelangen können, was den Treibhauseffekt massiv verstärken würde.

Quiz zu Böden und Permafrost als Klimafaktoren: Teste dein Wissen

Löse eine kostenlose Quizfrage zu Böden und Permafrost als Klimafaktoren und prüfe, ob du die wichtigsten Schritte verstanden hast.

Quizfrage 1 zu Böden und Permafrost als Klimafaktoren

Wie wirkt Kohlenstoffdioxid ( $\text{CO}_2$ ) laut dem Artikel in der Atmosphäre?

Quizfrage 2 zu Böden und Permafrost als Klimafaktoren

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Wie viel Kohlenstoff ist laut den Angaben im Artikel in der Biosphäre gespeichert?

Übungsaufgabe zu Böden und Permafrost als Klimafaktoren

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Wichtige Erkenntnisse

Böden und Permafrost speichern mehr als doppelt so viel Kohlenstoff wie die Atmosphäre und alle Pflanzen zusammen.
Beim Auftauen von Permafrost zersetzen Mikroben alte Pflanzenreste (mikrobieller Abbau).
Dabei entstehen die starken Treibhausgase $\text{CO}_2$ , $\text{CH}_4$ und $\text{N}_2\text{O}$ .
Rückkopplungseffekt: Mehr Wärme $\to$ mehr auftauender Boden $\to$ mehr Treibhausgase $\to$ noch mehr Wärme.

Böden und Permafrost als Klimafaktoren einfach erklärt: Der Teufelskreis