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Georisiken und Freisetzung von Methan durch auftauenden Permafrost

Hausarbeit (Hauptseminar) 2012 25 Seiten

Geowissenschaften / Geographie - Phys. Geogr., Geomorphologie, Umweltforschung

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen zum Permafrost
2.1 Definition von Permafrost
2.2 Gliederung des Permafrostkörpers
2.3 Räumliche Verbreitung von Permafrost
2.4 Ökologische Bedeutung

3 Ursachen und Folgen der Permafrostdegradierung
3.1 Klimaerwärmung in Gebieten mit Permafrostverbreitung
3.2 Zerstörung der Vegetationsdecke durch anthropogenen Eingriff

4 Entstehende Gefahren durch Permafrostdegradierung
4.1 Geomorphologische Risiken
4.1.1 Massenbewegungen im Hochgebirge
4.1.2 Infrastrukturelle Probleme durch Thermokarst
4.2 Freisetzung von Methan
4.2.1 Methan als klimawirksames Treibhausgas
4.2.2 Methanquellen in Permafrostböden

5 Fazit

Literaturverzeichnis

1 Einleitung

In den letzten Jahren häufen sich Berichte in den Medien über auftauenden Permafrost sowie damit verbundener verstärkter Freisetzung von Methan. Die damit einhergehende Verstärkung des Treibhauseffektes vor dem Hintergrund der ohnehin schon prognostizierten globalen Erwärmung käme somit, wenn man den Pressemeldungen glauben schenken darf, einer ‚Klimakatastrophe‘ gleich. Zugleich bedeutet ein Auftauen des Dauerfrostbodens eine Absenkung der Landoberfläche, was zum Teil gravierende Auswirkung auf umliegende Infrastruktur haben kann, die schlimmstenfalls zusammenbricht. Aufgrund des aktuellen Bezuges und der vermeintlich klimatischen Brisanz soll im Rahmen der vorliegenden Arbeit das Thema des auftauenden Permafrostes wissenschaftlich aufgearbeitet werden.

Den Einstieg in das Thema stellt eine Einführung in die Grundlagen des Permafrostes dar, indem nach einer kurzen Definition zur klaren begrifflichen Abgrenzung auf die Gliederung des Permafrostes in horizontaler und vertikaler Dimension, seine räumliche Verbreitung und die ökologische Bedeutung eingegangen wird. Darauf aufbauend erfolgt im nächsten Kapitel eine Zusammenfassung der Ursachen für die Permafrostdegradierung sowie direkter Folgen für den Permafrostkörper, wobei zwischen klimatischen Ursachen auf Grundlage der prognostizierten Temperaturerhöhung für betroffene Gebiete sowie der Zerstörung der Vegetationsdecke durch diverse anthropogene Eingriffe unterschieden wird. Im Hauptteil der Arbeit erfolgt eine Thematisierung der durch die Permafrostdegradierung entstehenden Gefahren, die in geomorphologische Risiken und die Freisetzung von Methan unterteilt werden. Besonderes Augenmerk wird dabei auf Massenbewegungen im Hochgebirge und infrastrukturelle Probleme infolge der Bodensackungen gelegt. Abschließend wird in Anbetracht der morphologischen und klimatischen Auswirkungen der Permafrost- degradierung unter besonderer Berücksichtigung des anthropogenen Einflusses ein Fazit gezogen.

Das Ziel der Arbeit ist die Schaffung einer kurzen Übersicht über grundlegende ökologische Verhältnisse im periglazialen Raum sowie entstehender Georisiken bzw. die Verstärkung des globalen Treibhauseffektes durch eine großflächige Permafrostdegradierung.

2 Grundlagen zum Permafrost

2.1 Definition von Permafrost

In Anlehnung an die Definition von Muller (1947) versteht man unter dem Begriff Permafrost „ein Substrat oder vielmehr den thermischen Zustand eines Substrats, ganz gleich, ob Festgestein oder Lockermaterial, trocken oder durchfeuchtet, der sich durch Temperaturen unter dem Gefrierpunkt für die Dauer von mindestens zwei Wintern und einem dazwischen- liegenden Sommer auszeichnet“ (Karte 1979:20). Synonyme Verwendung finden die Begriffe Dauerfrostboden (dt.), Ewige Gefrornis (dt.), permanently frozen ground (engl.), perennially frozen ground (engl.), Perg é lisol (fr.) , Wetschnaja Merslota (rus.) und Perenne Tj ä le (schw.) (Weise 1983:18). Grundsätzlich kann zwischen dem trockenen Permafrost und dem eishaltigen Permafrost unterschieden werden. Der trockene Permafrost, oder auch dry-frozen ground, verfügt über einen Eisgehalt von weniger als 5 Vol.-% im Porenraum und ist daher aufgrund des fehlenden Bindemittels nicht so kompakt ausgebildet wie eishaltiger Permafrost (Wüthrich/Thannheiser 2002:80). Als Verbreitungsgebiet von trockenem Permafrost kommen lediglich trocken-kontinentale Gebiete mit unter 100 mm Jahresnieder- schlag, in denen die Sublimation und die Evapotranspiration überwiegen, in Betracht (Wüthrich/Thannheiser 2002:80). Von einer flächenhaften Verbreitung ist beim eishaltigen Permafrost, oder wet-frozen ground, auszugehen, der durch einen hohen Feuchtigkeits- gehalt charakterisiert wird (Weise 1983:17). Dabei kann es vorkommen, dass gefrorenes und ungefrorenes Wasser im Gleichgewicht vorliegt, was durch vorherrschende Drücke, Wasser- verunreinigungen wie Salze, die Bodenart und lokal unterschiedliche Temperaturen bestimmt wird (Karte 1979:21).

Permafrost, der unter klimatischen Bedingungen des letzten Glazials gebildet wurde und sich bis heute erhalten konnte, wird als reliktischer Permafrost angesprochen, während die Bildung von Permafrost als Folge der real vorherrschenden klimatischen Bedingungen in einem Gebiet als rezenter Permafrost anzusprechen ist (Wüthrich/Thannheiser 2002:80). Auch wenn aufgrund der periglazialen Umweltbedingungen Permafrost häufig mit verschiedensten periglazialen Formen vergesellschaftet ist, muss darauf hingewiesen werden, dass Permafrost keine materielle Erscheinung bzw. Oberflächenform, sondern einen thermischen Zustand der Lithosphäre darstellt (Dobinski 2011:158-159).

2.2 Gliederung des Permafrostkörpers

Mit zunehmender Entfernung vom periglazial geprägten Raum nimmt die Mächtigkeit des Permafrostes für gewöhnlich ab bis es schließlich nur noch zu einer lückenhaften bzw. inselhaften Ausbildung kommt und sich somit anhand der geographischen Breite eine weitere Gliederung vornehmen lässt (Weise 1983:18). Mit der Abnahme der Mächtigkeit des Permafrostkörpers geht zudem eine Zunahme der sommerlichen Auftauschicht einher. Somit kann zwischen dem kontinuierlichen, dem diskontinuierlichem und dem lückenhaften Permafrost unterschieden werden, wie der Abb. 1 zu entnehmen ist.

Kontinuierlicher Permafrost bildet einen lückenlosen Körper mit Mächtigkeiten von mehreren hundert Metern im Untergrund, der sich bei thermischen Rahmenbedingungen von -7/-8 °C minimaler Jahresmitteltemperatur ausbildet (Blümel 1999:142). Kontinuierlicher Permafrost findet sich in Gebieten, in denen die rezenten klimatischen Bedingungen für die Bildung von Permafrost ausreichend sind und befindet sich somit „im Einklang mit den rezenten klimatischen, hydrologischen, geologischen, geomorphologischen und etwaigen anderen, den Permafrost beeinflussenden Faktoren“ (Weise 1983:18).

Dem diskontinuierlichen Permafrost werden lückenhafte Ausbildungen mit Mächtigkeiten im Dekameter-Bereich, bei denen über 50 % der Fläche gefroren sind, zugerechnet (Weise 1999:142). Begrenzt wird die Zone des diskontinuierlichen Permafrostes durch Jahresmitteltemperaturen von -3/-4 °C (Blümel 1999:142). Die rezenten klimatischen Bedingungen sind nur in edaphischen Gunstlagen, wie unter Vegetation, zur Bildung von Permafrost ausreichend (Weise 1983:18). Somit ist der diskontinuierliche Permafrost aus meist reliktischer Erhaltung als regressiv anzusehen, da ein Gleichgewicht mit den rezenten Umweltbedingungen nicht mehr gegeben ist (Weise 1983:18).

Unter sporadischem Permafrost wird die inselhafte Ausprägung von gefrorenem Substrat in sonst ungefrorener Lithosphäre verstanden, wobei unter 50 % der Fläche von Permafrost eingenommen wird (Weise 1983:19). Als thermische Rahmenbedingung wird die Grenze von -1/-2 °C Jahresmitteltemperatur angegeben (Blümel 1999:142). Bei höheren Temperaturen entfällt auch das Vorkommen von sporadischem Permafrost, der als sich im weiteren Abbau befindliche Reliktform gedeutet wird (Weise 1983:19).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Schematisches Profil durch die Permafrostzone Kanadas (Zepp 2008:209 nach Washburn 1979)

Unabhängig von der geographischen Lage lässt sich auch eine vertikale Gliederung des Permafrostkörpers anhand des Temperaturprofils und des Aggregatzustandes des Substrats vornehmen (vgl. Abb. 2). An der Oberfläche anstehend befindet sich über dem Permafrost demnach der Auftaubereich, der im Sommer bzw. im tageszeitlichen Verlauf aufgrund erhöhter Einstrahlung auftaut und mit nachlassender Einstrahlung erneut gefriert (Weise 1983:39). Im angelsächsischen Raum findet der Begriff active layer synonyme Verwendung und verdeutlicht zugleich, dass nur der Auftaubereich den geomorphologisch aktiven Teil der Erdoberfläche im periglazial geprägten Raum darstellt (Ahnert 2003:143). Die Mächtigkeit des Auftaubereichs ist jährlichen Schwankungen unterlegen und wird dabei von ökologischen Faktoren wie Klima, Relief, Bodenart, Hangexposition, Vegetations- und Schneebedeckung, Eisgehalt sowie Wasserhaushalt gesteuert (Lemke et al. 2007:369). Aufgrund der hohen Wärmespeicherkapazität des Wassers und der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Torf haben die organischen Auflagehorizonte der Moore eine isolierende Funktion der darunter liegenden Mineralbodenschicht vor eindringender Wärme (Wüthrich/Thannheiser 2002:85), was direkte Auswirkungen auf die Mächtigkeit des Auftaubereiches hat. Erreicht der Auftaubereich eine solche Mächtigkeit, dass die durchgeleitete Wärme nicht mehr ausreichend ist, um darunterliegenden Permafrost aufzutauen, ist die Permafrosttafel erreicht (Weise 1983:39). Thermisch betrachtet gilt sie als diejenige Grenze im Substrat, unterhalb der im jahreszeitlichen Verlauf keine positiven Temperaturen mehr auftreten, die ein Auftauen ermöglichen würden (Weise 1983:39).

Die grobe Schätzung der Mächtigkeit des Permafrostkörpers kann dabei auf Grundlage der mittleren jährlichen Lufttemperatur und des geothermischen Tiefengradienten erfolgen (Wüthrich/Thannheiser 2002:81). Davon ausgehend, dass die mittlere jährliche Temperatur des Oberbodens um ca. 1,5 °C über der mittleren jährlichen Lufttemperatur liegt und dass der geothermische Tiefengradient mit 3 K pro 100 m beziffert wird (Wüthrich/Thannheiser 2002:81), kann z.B. bei einem Jahresmittel der Lufttemperatur von -3 °C von einer Permafrostmächtigkeit von ungefähr 50 m ausgegangen werden. Die thermische Null- Amplitude beschreibt dabei die Grenze, ab der der Temperaturverlauf in der Lithosphäre nur noch durch den geothermischen Gradienten und nicht mehr durch jahreszeitliche Temperaturschwankungen bestimmt wird. Mit sukzessive ansteigender Temperatur im Untergrund werden in einer bestimmten Tiefe, der Untergrenze des Permafrostbodens, wieder positive Temperaturen erreicht, sodass es zu keiner Ausbildung von Permafrost mehr kommen kann und man daher von darunter liegendem Niefrostboden, der auch als Talik bezeichnet wird, spricht (Blümel 1999:142).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Temperaturprofil und Gliederung eines Permafrostkörpers (Blümel 1999:143 nach Karte 1979)

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Details

Seiten
25
Jahr
2012
ISBN (eBook)
9783656607076
ISBN (Buch)
9783656607120
Dateigröße
1.9 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v269574
Institution / Hochschule
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen – Geographisches Institut
Note
1,30
Schlagworte
Permafrost Georisiken Methan CH4 global warming

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Titel: Georisiken und Freisetzung von Methan durch auftauenden Permafrost