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Von Stephan Leiß & Thomas Gruhl. Was sind Permafrostböden ? Verbreitung von Permafrostböden...

Date post: 05-Apr-2015
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Permafrostböden - Folgen des Auftauens für den globalen Klimawandel von Stephan Leiß & Thomas Gruhl
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Page 1: Von Stephan Leiß & Thomas Gruhl. Was sind Permafrostböden ? Verbreitung von Permafrostböden Mächtigkeit von Permafrostböden Aufbau von Permafrostböden.

Permafrostböden-

Folgen des Auftauens für den globalen Klimawandel

von Stephan Leiß & Thomas Gruhl

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Gliederung Was sind Permafrostböden ?

Verbreitung von Permafrostböden

Mächtigkeit von Permafrostböden

Aufbau von Permafrostböden

Auftauen der Permafrostböden

Bedeutung für den Klimawandel

Freisetzung von CO2 und CH4

Veränderung der Albedo

Auswirkungen auf den globalen Wasserkreislauf

klimatische Folgen

GegenmaßnahmenIngenieurhydrologie I SoSe 2013 Stephan Leiß & Thomas Gruhl

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Was sind Permafrostböden Forschungsgegenstand der „Glaziologie“ (Wissenschaft von Eis und

Schnee)

Synonym für Dauerfrostboden

Grundsätzliche Bezeichnung für Böden, die mindestens 2 Jahre dauerhaft eine Temperatur unter 0°C aufweisen

Tauen in den Sommermonaten, wenn überhaupt, nur oberflächlich auf aktive Schicht eines Permafrostbodens

Mächtigkeit der Permafrostbodenschicht ist durch die zunehmende Erdwärme mit der Tiefe begrenztIngenieurhydrologie I SoSe

2013 Stephan Leiß & Thomas Gruhl

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Ingenieurhydrologie I SoSe 2013 Stephan Leiß & Thomas Gruhl

Freiliegender Permafrostboden in Sibirien

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Verbreitung von Permafrostbödenaktuelle Verteilung von Permafrost auf der Nordhalbkugel:• dunkelblau: kontinuierlicher Permafrost (90 – 100 % gefroren)

• blau: diskontinuierlicher Permafrost (50 – 90 % gefroren)

• hellblau: sporadischer Permafrost (10 – 50 % gefroren)

Ingenieurhydrologie I SoSe 2013 Stephan Leiß & Thomas Gruhl

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Verbreitung von PermafrostbödenPermafrostzone:

„Zirkumpolare Gebiete ewiger Gefrornis, welches die Tundra der Nordkontinente und die großen Waldgebiete (borealer Nadelwald) umfasst“

sämtliche Gebiete, die Grundvoraussetzungen erfüllen

Regionen mit T Durchschnitt < -1 °C und N Jahr < 1000 mm

Vor allem Regionen in Grönland (99%), Alaska (80%), Russland (50%), Kanada (40-50%) und China (20%)

Gebiete auf der Nordhalbkugel von ca. 23mio km², entsprechen ca. 25% der Landfläche

nur sehr geringe Ausdehnung in der Antarktis, da hier nur 1% des Festlandes eisfrei istIngenieurhydrologie I SoSe

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Mächtigkeit von Permafrostboden

Faustformel: Tiefe Permafrostschicht = f (T Durchschnitt )

pro Minusgrad ca. 50 – 100 m Permafrosttiefe

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Mächtigkeit von Permafrostböden

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Mächtigkeit der Permafrostschicht hängt zusätzlich ab von:Eigenschaften des SedimentsBodenbedeckender Schicht (Art und Dichte der Vegetation,

Dicke der Schneedecke) beeinflusst Oberflächentemperatur des Bodens

Wärmetransport in Tiefe hängt ab von:Wassergehalt des SedimentsRegenmenge, Eisgehalt, Grundwasserstand

In Sibirien bis 1500 m, in Skandinavien nur ca. 20 m

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Aufbau von PermafrostbödenAuftaubereich „active layer“

(max. 25 m): taut im Sommer mehr oder

weniger stark auf

Dauerfrostboden: immer gefroren Permafrosttafel bezeichnet

Grenze zum Auftaubereich

Niefrostbereich „Talik“ begrenzt durch geothermische

Wärmezufuhr aus dem Erdkern Permafrostbasis bezeichnet

Grenze zum PermafrostIngenieurhydrologie I SoSe 2013 Stephan Leiß & Thomas Gruhl

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Auftauen der Permafrostböden

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aktuelle Verbreitung Prognose: Verbreitung im Jahr 2050

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Auftauen der Permafrostböden

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Erwärmung der Atmosphäre und höhere Schneedecke, die zu geringerer Abkühlung im Winter führt

Erwärmung des Permafrostbodens in Tiefen bis zu 40m

Große Auswirkungen bei relativ warmen Permafrostböden von -1 bis -2 °C Bodentemperatur:

Böden tauen im Sommer auf und frieren nicht wieder ein Permafrostgrenze wandert nordwärts

Vertiefung des Auftaubereiches bei gleichzeitiger Verkleinerung des Dauerfrostbodens

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Auftauen der Permafrostböden

Auftauen der Böden führt zur Bildung von Kratern, die mit Tauwasser gefüllt sind „Thermokarste“

Bildung von Sümpfen und Mooren

Im Boden gebundener Kohlenstoff wird freigesetzt

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Thermokarste Landschaft

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Bedeutung für den Klimawandel

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• Permafrost ist bereits heute CH4-Nettoquelle, Emission > Speicherung

• Dagegen weiterhin CO2-Senke

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Freisetzung von CO2 und CH4

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Überreste von Pflanzen und Tieren bilden Kohlenstoffgehalt der Permafrostböden:

ca. 1.700 Gigatonnen (Gt) in arktischen Böden, doppelte Menge wie zur Zeit in der Atmosphäre

Erhöhte Temperatur führt zu erhöhter Aktivität von Mikroben: Mikroben zersetzten Kohlenstoff, je nach Milieu, zu CO2 oder CH4

CO2 und CH4 werden beim Auftauen mehr und mehr in die Atmosphäre abgegeben

Zusätzliche Freisetzung von CH4 aus Tümpeln und Mooren

CO2 Freisetzung durch vermehrtes Auftreten von Tundrenfeuern

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Freisetzung von CO2 und CH4

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Freisetzung von CH4 aus Methanhydrat (gasförmiges Methan, eingeschlossen in „Käfig“ aus Wassermolekülen)

Bedingungen im Permafrost erlauben Vorkommen in 100 –

2000 m Tiefe

steigende Bodenwassertemperatur führt zur Verkleinerung der

Stabilitätszone

ab 3 K signifikant, ab 8 K vollständig verschwunden

Methanhydrat destabilisiert sich und CH4 wird freigesetzt

CH4 steigt auf kann durch Taliki freigesetzt werden

auch sehr geringen Mengen können großen Einfluss haben,

da lediglich 4 Gt CH4-C in Atmospähre

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Freisetzung von CO2 und CH4

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CH4 ist sehr viel stärkeres Treibhausgas als CO2:

Global Warming Potential (GWP) von CH4 beträgt, bezogen auf 100 Jahre, 25

Folgen der Freisetzung hängen von deren Art (Diffusion oder

Blowout) und Geschwindigkeit ab Diffusion: Freisetzung feiner Bläschen, die durch das Sediment ins das freie

Wasser aufsteigen

CH4 kann aerob oder anaerob oxidiert werden

Blowout: Schlagartiges Ausstoßen von Gasblasen unter großen CH4-Austrag in

die Atmosphäre

Zahlen über freigesetztes Methan schwanken stark

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Veränderung der Albedo

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Steigende Boden- und Atmosphärentemperatur erlaubt Ausbreitung der Vegetation nach Norden:

Tundrenlandschaften werden durch Strauchvegetation und Wälder ersetzt Waldbedeckung nimmt allgemein zu

Veränderung der Albedo

ausbreitende Vegetation ist in der Lage mehr CO2 aus der Atmosphäre aufzunehmen

Annahme, dass positiver Effekt durch die CO2-Aufnahme vom negativen Effekt der verringerten Albedo übertroffen wird

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mögliche Auswirkungen auf den globalen Wasserkreislauf

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Freigesetztes Tauwasser aus Permafrostböden kann Wasserführung der Flüsse verändern: steigender Meeresspiegel erhöhte Süßwasserzufuhr in der Weltmeere Möglichkeit der Auswirkung auf ozeanische

Zirkulationssysteme wie dem Golfstrom

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klimatische FolgenErwärmung

Auftauen der

Permafrost- böden

CO2 und

CH4 – Freisetzung Änderung der

Albedo

Wärmeaufnahme

positive, also sich selbstverstärkende Rückkopplung: Methan gelangt in

Atmosphäreverstärkte Erderwärmungschmelzende Eisflächenerhöhte Wärmeaufnahme der

Ozeane und Änderung der Albedo

Schmelzen der Permafrostböden

verstärkte Erderwärmung….

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Gegenmaßnahmen

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Stoppen der vom Menschen gemachten Treibhausgasemissionen: Umstellung der Stromversorgung auf CO2-freie Quellen Forschung und Entwicklung einer sauberen Energieversorgung Unabhängig von fossilen Brennstoffen

Erdwärmenutzende Wärmepumpenheizungen: Bildung von künstlichen Permafrostböden durch abgezogene

Wärmeenergie, die nicht natürlich nachgeliefert werden kann Problematik von sinkender Heizleistung durch Eisbildung um die

Wärmetauscherschlangen

Energetische Nutzung des oberflächlich freigesetzten CH4

Feldversuch mit Ansiedlung pflanzenfressender Tiere: Entstehung eines Steppe-Grasland-Ökosystems mit verbesserter Albebo

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Vielen Dank für eure

Aufmerksamkeit !

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Quellenverzeichnis

Ingenieurhydrologie I SoSe 2013 Stephan Leiß & Thomas Gruhl

http://de.wikipedia.org/wiki/Permafrostboden http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Permafrost http://www.klimaretter.info/forschung/hintergrund/13109-klimagefahr-lauert-im-

permafrost http://www.focus.de/wissen/klima/klimaerwaermung/tid-29668/teufelskreis-

klimawandel-temperaturanstieg-wuerde-dramatische-mengen-von-treibhausgasen-freisetzen_aid_924653.html

http://www.welt.de/wissenschaft/article111584550/Wenn-Permafrostboeden-tauen-droht-der-Klima-Gau.html

http://www.umweltbundesamt.de/klimaschutz/publikationen/permafrost.pdf http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/arktische-tundra-auch-bei-frost-

entweicht-methan-a-594432.html http://homepages.uni-paderborn.de/wgs/Dlehre/Methanhydrat.pdf http://www2.klett.de/sixcms/media.php/76/permafrost.jpg http://www.naju-wiki.de/index.php/Permafrost


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