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Gestein in der Arktis: Forscher entdecken bisher unbekanntes Phänomen

Der sich immer weiter zurückziehende Permafrost in der Arktis legt zahlreiche Mineralien an der Oberfläche frei. Forscher*innen haben nun die Konsequenzen dieses Prozesses genau untersucht.

KI-generiertes Bild einer Felslandschaft, die von Schnee und Nebel bedeckt ist.
© Bundi - stock.adobe.com

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Erst im November war ein riesenhafter Krater im grönländischen Eis gefunden worden. Nun gilt der Polarregion ein weiteres Mal die Aufmerksamkeit. Leider auch wegen des Klimawandels.

Geowissenschaftler*innen der Universität Oxford haben Gesteine in der kanadischen Arktis genau untersucht. Dabei sind sie zu einer wichtigen Erkenntnis gelangt, die von der Forschung jedoch bisher übersehen wurde. Diese könnte zukünftige Klimamodelle grundlegend verändern.

Arktis: Tauender Permafrost legt Mineralien frei

In der Arktis steigen die Lufttemperaturen an der Erdoberfläche fast viermal schneller als im globalen Durchschnitt. Um herauszufinden, wie sich die Temperaturen auf die Gesteine und umgekehrt auswirken, untersuchten die Forscher*innen den Boden 23 verschiedener Standorte des Mackenzie River Basin, dem größten Flusssystem Kanadas.

So konnten sie herausfinden, dass sich mit steigenden Temperaturen die Verwitterung der Gesteine beschleunigt. Dies hat mitunter verheerende Folgen. Denn so wird eine Rückkopplungsschleife auslöst, bei der immer mehr Kohlenstoffdioxid (CO2) in die Atmosphäre freigesetzt wird. Die Ergebnisse veröffentlichten sie vor Kurzem im Fachjournal Science Advances.

Dabei geht es vor allem um die Verwitterung von Sulfidmineralien. Diese waren zuvor meist im arktischen Permafrost eingeschlossen. Doch da der Boden aufgrund steigender Temperaturen immer weiter auftaut, werden zahlreiche dieser Mineralien nun freigelegt. Dies ist problematisch, da bei der Verwitterung von Sulfidmineralien unter anderem Säure entsteht. Dies wiederum führt laut den Forscher*innen zur Freisetzung von CO2 aus anderen Gesteinsmineralien, die in der Nähe gefunden werden.

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Verwitterung lässt Temperaturen ansteigen

Die Ergebnisse zeigten, dass die Sulfatkonzentrationen in der gesamten Region zusammen mit der Temperatur schnell anstieg. So nahm von 1960 bis 2020 die Sulfidverwitterung um 45 Prozent zu, währenddessen stiegen die Temperaturen um 2,3 Grad Celsius. Daraus schlussfolgern die Wissenschaftler*innen, dass das durch Verwitterung freigesetzte CO2 eine positive Rückkopplungsschleife auslösen könnte.

Diese beschleunigt die Erwärmung in den arktischen Regionen. Ein Faktor, der für die Wissenschaft bisher jedoch nicht bekannt war. So erklärt die Hauptautorin der Studie, Dr. Ella Walsh in einer offiziellen Pressemitteilung der Universität Oxford: „Wir sehen dramatische Anstiege der Sulfidoxidation im Mackenzie-Gebiet, sogar bei moderater Erwärmung. Bislang waren die Temperaturabhängigkeit der CO2-Freisetzung aus Sulfidgesteinen und ihre Hauptursachen über große Flächen und Zeiträume unbekannt.“

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Nicht alle Gebiete gleichermaßen betroffen

Jedoch gilt es anzumerken, dass nicht alle Teile des Mackenzie River Basin auf gleiche Weise reagierten. So war die Verwitterung in felsigen Bergregionen und in Gebieten mit Permafrost viel temperaturempfindlicher. Umgekehrt zeigten mit Torf bedeckte Gebiete bei Erwärmung geringere Anstiege der Sulfidoxidation. Die Forscher*innen sind jedoch davon überzeugt, dass die neuen Erkenntnisse sich nicht nur auf die kanadische Arktis beziehen, sondern sich auf das gesamte Polargebiet übertragen lassen.

So gäbe es laut ihnen eine Vielzahl ähnlicher Umgebungen in der Arktis, in denen die Kombination aus verschiedener Gesteinsarten, zahlreiche freiliegende Felsformationen und riesige Flächen permanent gefrorenen Bodens Bedingungen schaffen, in denen die Erwärmung zu einem raschen Anstieg der Sulfidverwitterung führt. Die Forscher*innen betonen deshalb, wie wichtig es ist, die Sulfidverwitterung in groß angelegten Emissionsmodellen zu berücksichtigen. Dies wäre vor allem für die bessere Vorhersage der Prozesse des Klimawandels von immenser Bedeutung.

Quelle: University of Oxford, „Temperature sensitivity of the mineral permafrost feedback at the continental scale“ (Science Advances 2024)

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