Eine schnellere Erwärmung in der Arktis wird dazu führen, dass ein globaler Temperaturanstieg von 2° acht Jahre früher erreicht wird, als wenn sich die Region im globalen Durchschnitt erwärmt hätte, haben UCL-Forscher herausgefunden. Die Arktis erwärmt sich derzeit fast viermal schneller als der globale Durchschnitt.
Eine neue Studie, die in der Fachzeitschrift Earth System Dynamics veröffentlicht wurde, erläuterte, wie das Forschungsteam alternative Prognosen zum Klimawandel erstellte, die keine schnelle Erwärmung in der Arktis vorhersahen. Anschließend verglichen sie die Temperaturen in dieser hypothetischen Welt mit den Temperaturen in „realen“ Modellen und untersuchten den Zeitpunkt der Überschreitung der kritischen Schwellenwerte des Pariser Abkommens von 1,5 °C und 2 °C. Sie fanden heraus, dass Modelle ohne schnelle Erwärmung in der Arktis die Schwellenwerte fünf bzw. acht Jahre später überschritten als ihre „realen“ Prognosedaten 2031 und 2051.
Das Ziel des Pariser Abkommens, eines internationalen Vertrags, besteht darin, die globale Durchschnittstemperatur „deutlich unter 2 °C über dem vorindustriellen Niveau“ zu halten und die Bemühungen fortzusetzen, „den Temperaturanstieg auf 1,5 °C zu begrenzen“. Man geht davon aus, dass sich die Arktis seit der vorindustriellen Zeit um 2,7° erwärmt hat, und diese Erwärmung soll sich seit Beginn des 21. Jahrhunderts beschleunigt haben.
Sie fanden außerdem heraus, dass die unverhältnismäßig schnelle Erwärmung in der Arktis die Prognosen unverhältnismäßig unsicherer gemacht hat, da die Schwankungen der Modellvorhersagen für die Region größer sind als für den Rest des Planeten. Die Studie versucht nicht zu quantifizieren, wie sich die Erwärmung der Arktis auf den Rest der Welt auswirkt, beispielsweise durch den Rückgang des Meereises, das dazu beiträgt, den Planeten kühl zu halten, sondern schätzt stattdessen den direkten Beitrag der Erwärmung der Arktis zum globalen Temperaturanstieg.
Der wärmste arktische Sommer seit Beginn der Aufzeichnungen wurde im Jahr 2023 in der Arktis verzeichnet
Der wärmste arktische Sommer seit Beginn der Aufzeichnungen wurde im Jahr 2023 in der Arktis verzeichnet. Die durchschnittliche Lufttemperatur betrug +6,4° und war damit die höchste seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1900. Dies wurde von der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) gemeldet. Laut NOAA-Experten deutet dies auf eine Beschleunigung des Klimawandels hin.
Die Meereisausdehnung nimmt weiter ab und in den letzten 17 Jahren verzeichnete die Arktis die 17 niedrigsten Meereisausdehnungen seit Beginn der Aufzeichnungen. Die Meereisausdehnung war in diesem Jahr die sechsthöchste seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen im Jahr 1979, mit viel weniger älterem, dickerem mehrjährigem Eis als in den 1980er Jahren.
Die durchschnittlichen Meeresoberflächentemperaturen lagen im August 2023 in der Barentssee, der Karasee, der Laptewsee und der Beaufortsee um 5–7 °C höher als die Durchschnittswerte vom August 1991–2020. Ungewöhnlich kühle Augusttemperaturen wurden in der Baffin Bay, der Grönlandsee und Teilen der Tschuktschensee beobachtet. Die durchschnittlichen Meeresoberflächentemperaturen im August zeigen Erwärmungstrends von 1982 bis 2023 in eisfreien Augustgebieten des Arktischen Ozeans, wobei die durchschnittlichen Meeresoberflächentemperaturen um fast 0,5° pro Jahrzehnt anstiegen.
Regionen des Arktischen Ozeans, mit Ausnahme des Kanadischen Archipels, der Tschuktschensee und der Beaufortsee, weisen weiterhin eine erhöhte Phytoplanktonblüte oder Primärproduktivität im Ozean auf, wobei die prozentual größten Zuwächse in der Eurasischen Arktis und der Barentssee zu verzeichnen sind. Die Schneedecke in Nordamerika erreichte im Mai 2023 ein Rekordtief, während die Schneeanhäufung im Winter 2022–2023 sowohl in Nordamerika als auch in Eurasien überdurchschnittlich hoch war.
Heftige Regenfälle brachen an verschiedenen Orten in der Arktis bestehende Rekorde, wobei einige Abweichungen wie ein trockener Sommer im Norden Kanadas zu Rekord-Waldbränden führten. Die Niederschläge in der Panarktis waren die sechsthöchsten seit Beginn der Aufzeichnungen und setzten damit den Trend hin zu einer feuchteren Arktis fort. Die Grünmenge in der Tundra in der Arktis war die dritthöchste in der 24-jährigen Satellitenaufzeichnung und stieg gegenüber 2022 leicht an. In der Arktis setzt sich der Trend zur Vermehrung von Sträuchern, Weiden und Erlen in der ehemaligen Tundra fort.
Die globale Erwärmung verlängert die Gartensaison in Jamal und ermöglicht den Anbau von Pflanzen, die zuvor unter den Bedingungen des Hohen Nordens keine Wurzeln geschlagen haben. Nach Angaben von Spezialisten des Arktischen Forschungszentrums können die Menschen im Autonomen Kreis der Jamal-Nenzen jetzt Kamille und Weidenröschen, Himbeeren und Erdbeeren, Kirschen, Kartoffeln und Paprika, Petersilie und Dill anbauen.
— Es gibt mehr Möglichkeiten, in besiedelten Gebieten Bäume zu pflanzen, darunter auch das Pflanzen von Blumen. Diese Periode kann früher beginnen, sie dauert länger, und die Arten von Blumen und Pflanzen, die vorher keine Wurzeln geschlagen haben, wurzeln“, sagte das Wissenschaftliche Zentrum für Arktisstudien. Bewohner der nördlichen Regionen pflanzen und stärken aktiv Sträucher und bauen Pflanzen im Freiland an. Aufgrund der Armut der lokalen Böden werden diese mit gekauftem Land vermischt. Wie Sever-Press berichtet, legten Bewohner des Jamal-Dorfes Soyakha (Seyakha) vor drei Jahren einen Gemüsegarten auf gefrorenem Boden an, in dem sie mit dem Anbau von Kartoffeln und Radieschen begannen. Es gelang ihnen, eine gute Ernte einzufahren.
Der Kohlendioxidausstoß in Permafrostgebieten entspricht dem von Millionen Fahrzeugen
Im Laufe der Jahrtausende, als die Welt die letzte Eiszeit hinter sich ließ, bedeckte das steigende Meerwasser in der Arktis immer mehr Permafrost und verwandelte ihn in Unterwasser-Permafrost. In der Arktis gibt es schätzungsweise 965.000 Quadratmeilen Unterwasser-Permafrost, ein Fünftel der Permafrostmenge an Land.
Um Fragen zum Ausmaß und zum aktuellen Zustand des Unterwasser-Permafrosts zu beantworten und die mögliche Freisetzung von Treibhausgasen beim Auftauen abzuschätzen, ist eine internationale Forschungszusammenarbeit erforderlich. Die durchschnittliche Oberflächenlufttemperatur in der Arktis war im vergangenen Jahr mit −7° die sechsthöchste seit 1900. Die Daten zeigen, dass die durchschnittlichen Jahrestemperaturen seit 1940 um 0,25 °C pro Jahrzehnt und die durchschnittlichen Sommertemperaturen um 0,17 °C pro Jahrzehnt gestiegen sind.
Wenn sich die Arktis erwärmt, könnten steigende Flusspegel in der Region Kohlendioxidemissionen in der Größenordnung von Millionen von Fahrzeugen freisetzen. Aktuelle Untersuchungen der Dartmouth Research University in den USA legen nahe, dass der arktische Permafrost erhebliche Auswirkungen auf die Flusssysteme der Region hat. Diese in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichte Studie zeigt, wie Permafrost – eine dichte Bodenschicht, die mindestens zwei Jahre lang gefroren bleibt – dazu führt, dass Flüsse in der Arktis durch engere, flachere Täler fließen als ihre normalen südlichen Gegenstücke Analoga.
Die Forscher wollten verstehen, warum arktische Wassereinzugsgebiete – die gesamte Entwässerungsfläche eines Flusses und seiner zugehörigen Wasserstraßen – tendenziell kleiner sind als Wassereinzugsgebiete in wärmeren Klimazonen. Sie untersuchten Tiefe, Topographie und Bodenbedingungen für mehr als 69.000 Wassereinzugsgebiete auf der Nordhalbkugel – vom 23. nördlichen Breitengrad bis zum Nordpol – mithilfe von Satelliten- und Klimadaten. Sie maßen den Anteil der Fläche, die das Kanalnetz jedes Flusses innerhalb seiner Wasserscheide einnimmt, sowie die Steilheit der Flusstäler.
47 % der analysierten Wassereinzugsgebiete sind durch Permafrost gebildet. Im Vergleich zu Wassereinzugsgebieten gemäßigter Zonen sind ihre Flusstäler tiefer und steiler und ihre Kanäle nehmen etwa 20 % weniger der umgebenden Landschaft ein. Die Forscher berichten, dass diese Ähnlichkeiten trotz aller Unterschiede in der Eiszeitgeschichte, der Steilheit des Hintergrundgeländes, dem jährlichen Niederschlag und anderen Faktoren bestehen bleiben, die ansonsten die Bewegung von Wasser und Land steuern würden. Arktische Wassereinzugsgebiete werden durch ihre Gemeinsamkeit geprägt: Permafrost.
Die Fähigkeit des Permafrosts, den Fluss arktischer Flüsse zu begrenzen, ermöglicht es ihm laut der Studie auch, enorme Mengen Kohlenstoff im gefrorenen Boden zu speichern. Um die Menge an Kohlenstoff abzuschätzen, die aufgrund des Klimawandels aus diesen Wassereinzugsgebieten freigesetzt werden könnte, kombinierten die Forscher die Menge an im Permafrost gespeichertem Kohlenstoff mit der Bodenerosion, die auftreten könnte, wenn der Boden schmilzt und erodiert, wenn sich arktische Flüsse ausbreiten.
Das allmähliche Auftauen des arktischen Permafrosts könnte bis zum Jahr 2100 zwischen 22 und 432 Milliarden Tonnen Kohlendioxid freisetzen, wenn die derzeitigen Treibhausgasemissionen gedrosselt würden, und bis zu 550 Milliarden Tonnen, wenn dies nicht der Fall wäre. Die Arktis ist schon so lange an die Kälte angepasst, dass Wissenschaftler keine Ahnung haben, wie viel und wie schnell Kohlenstoff freigesetzt wird, wenn der Permafrost schneller schmilzt, schlussfolgern die Forscher.
Auf diesem Satellitenbild aus dem Jahr 2017 fließen Sedimente aus dem kanadischen Mackenzie River in milchigen Wirbeln in die Beaufortsee. Wissenschaftler untersuchen, wie Flussströmungen in diesem Teil des Arktischen Ozeans zu Kohlendioxidemissionen führen. Bild des NASA Earth Observatory von Jesse Allen unter Verwendung von Landsat-Daten des USGS.
Eine Anfang des Jahres veröffentlichte Studie zeigte, wie Wissenschaftler fortschrittliche Computermodelle verwenden, um Flüsse wie den Mackenzie zu untersuchen, der in eine Region des Arktischen Ozeans namens Beaufortsee mündet. Wie viele Teile der Arktis erlebten der Mackenzie River und sein Delta in den letzten Jahren zu allen Jahreszeiten deutlich höhere Temperaturen, was zu einem weiteren Schmelzen und Auftauen von Wasserstraßen und Landschaften führte.
In dieser sumpfigen Ecke der Nordwest-Territorien Kanadas beendet das zweitgrößte Flusssystem des Kontinents seine tausend Meilen lange Reise, die etwas außerhalb von Alberta beginnt. Unterwegs fungiert der Fluss als Förderband für mineralische Nährstoffe sowie organische und anorganische Stoffe. Dieses Material fließt als Suppe aus gelöstem Kohlenstoff und Sediment in die Beaufortsee. Ein Teil des Kohlenstoffs wird schließlich durch natürliche Prozesse in die Atmosphäre freigesetzt.
Wissenschaftler glauben, dass die südöstliche Beaufortsee eine schwache bis mäßige CO2-Senke ist, was bedeutet, dass sie mehr Treibhausgase absorbiert als sie ausstößt. Aufgrund fehlender Daten aus der fernen Region herrschte jedoch große Unsicherheit.
Um diese Lücke zu schließen, adaptierte das Forschungsteam ein biogeochemisches globales Ozeanmodell namens ECCO-Darwin, das am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien und am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge entwickelt wurde. Das Modell integriert nahezu alle verfügbaren Meeresbeobachtungen, die über mehr als zwei Jahrzehnte von Meeres- und Satelliteninstrumenten gesammelt wurden (z. B. Meeresspiegelbeobachtungen von den Höhenmessern der Jason-Serie und Meeresbodendruck von den Missionen GRACE und GRACE Follow-On).
Wie ein Kohlenstoffförderband entwässert der Mackenzie River, der hier 2007 vom NASA-Satelliten Terra beobachtet wurde, auf seinem Weg nach Norden zum Arktischen Ozean eine Fläche von fast 700.000 Quadratmeilen (1,8 Millionen Quadratkilometer). Ein Teil des Kohlenstoffs stammt aus auftauendem Permafrost und Torfmooren. NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS und US/Japanisches ASTER-Wissenschaftsteam
Wissenschaftler verwendeten das Modell, um den Abfluss von Süßwasser und den darin enthaltenen Elementen und Verbindungen, einschließlich Kohlenstoff, Stickstoff und Kieselsäure, fast 20 Jahre lang (von 2000 bis 2019) zu simulieren.
Forscher aus Frankreich, den USA und Kanada fanden heraus, dass Flussströmungen in der südöstlichen Beaufortsee zu einer so starken Entgasung führten, dass sie die Kohlenstoffbilanz veränderte und zu einer Netto-CO2-Freisetzung von 0,13 Millionen Tonnen pro Jahr führte, was in etwa den jährlichen Emissionen von entspricht 28.000 benzinbetriebene Fahrzeuge. Die CO2-Emissionen in die Atmosphäre schwankten saisonal und waren in den wärmeren Monaten ausgeprägter, wenn die Flüsse hoch waren und weniger Meereis vorhanden war, das das Gas bedeckte und einfing.
Laut Wissenschaftlern hat sich die Arktis seit den 1970er Jahren mindestens dreimal schneller erwärmt als irgendwo sonst auf der Erde und ihre Gewässer und Ökosysteme verändert. Einige dieser Veränderungen tragen zu einem erhöhten CO2-Ausstoß in der Region bei, während andere zu einer stärkeren CO2-Absorption führen. Wissenschaftler verfolgen diese großen und scheinbar kleinen Veränderungen in der Arktis und darüber hinaus, da unsere Meeresgewässer nach wie vor ein wichtiger Puffer gegen ein sich veränderndes Klima sind und bis zu 48 % des Kohlenstoffs binden, der durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht.
Wenn beispielsweise arktische Gebiete schmelzen, Schnee und Eis schmelzen, fließen Flüsse schneller und spülen mehr organische Stoffe aus Permafrost und Torfmooren in den Ozean. Andererseits nutzt mikroskopisch kleines Phytoplankton, das in der Nähe der Meeresoberfläche schwimmt, zunehmend das schrumpfende Meereis aus, um im neu entdeckten offenen Wasser und im Sonnenlicht zu blühen. Diese pflanzenähnlichen Meeresorganismen fangen und absorbieren atmosphärisches CO2 durch Photosynthese. Das ECCO-Darwin-Modell wird verwendet, um diese Blüte und den Zusammenhang zwischen Eis und Leben in der Arktis zu untersuchen.
Die Verringerung des reflektierten Sonnenlichts in der Arktis führt zu einem Anstieg der lokalen Temperaturen auf beispiellose Werte
Satellitendaten zeigen, dass das schmelzende arktische Meereis die Menge des reflektierten Sonnenlichts verringert hat, was zu einem beispiellosen Anstieg der lokalen Temperaturen geführt hat. Klimaforscher der NASA und der NOAA berichteten kürzlich, dass 2023 das heißeste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen war und die Temperaturen weiterhin mit schockierender Geschwindigkeit anstiegen. Insbesondere in der Arktis steigen die Temperaturen viermal schneller als im Rest der Welt, doch Wissenschaftler sind sich nicht sicher, was die genaue Ursache für diese beschleunigte Erwärmung sein könnte. Die Studienergebnisse wurden am 23. August 2023 in der Zeitschrift Nature Scientific Reports veröffentlicht.
Neue Satellitendaten könnten Licht in dieses Rätsel bringen. Mit Genehmigung der US Space Force analysierte ein Forscherteam der Sandia National Laboratories bisher unveröffentlichte Daten von Radiometern auf GPS-Satelliten, um das verringerte Reflexionsvermögen des arktischen Eises besser zu verstehen. Dabei kam es zu dem Ergebnis, dass eine Abnahme des Sonnenlichtreflexionsvermögens oder der Albedo die Erwärmung verstärkt die Arktis. Daten aus den Jahren 2014 bis 2019 zeigten einen Verlust von 20 bis 35 % des Gesamtreflexionsvermögens, sagte das Labor.
Eine zunehmende Erwärmung in der Arktis geht sowohl mit einem allgemeinen Rückgang des Meereises als auch mit einer Abnahme des Reflexionsvermögens des verbleibenden Meereises einher. Wenn das arktische Meereis schmilzt, wird ein größerer Teil des dunklen Ozeans freigelegt, der wiederum mehr Sonnenlicht absorbiert als schneebedecktes Eis und die Temperaturen erhöht. Durch das Schmelzen des Eises entsteht auch sogenanntes Teichwasser, das das darunter liegende Eis weiter zersetzt und nicht so reflektierend ist wie Schnee oder Eis.
Während frühere Studien lokale Messungen an bestimmten Orten untersuchten und theoretische Diskussionen über den Zusammenhang zwischen Albedo und Erwärmung in der Arktis verwendeten, handelt es sich den Wissenschaftlern zufolge um die erste umfassende, mehrjährige Studie dieses Zusammenhangs in der gesamten Region. Etwa ein Drittel des Reflexionsverlusts ist das Ergebnis des vollständigen Schmelzens des Eises, und die restlichen zwei Drittel werden wahrscheinlich durch die Verwitterung des verbleibenden Meereises verursacht, das tendenziell dünner ist und auf seiner Oberfläche Wasserlachen enthält die Aussage.
Überwachung von Veränderungen in Ökosystemen in der Region
Die Zahl der Lachsarten, die für die Gesundheit, Kultur und Ernährungssicherheit vieler indigener Gemeinschaften sowie für die kommerzielle Fischereiwirtschaft von entscheidender Bedeutung sind, veränderte sich. In den Jahren 2021 und 2022 erreichte Rotlachs, ein Grundnahrungsmittel der kommerziellen Fischerei, in der Bristol Bay in Alaska Rekordhöhen, während Chinook- und Kumpellachse, die von indigenen Gemeinschaften in den Flüssen Yukon und Kuskokwim gefangen wurden, auf Rekordtiefs fielen.
Die Zahl der Chinook- und Kumpellachse ist aufgrund der jüngsten Hitze- und Ökosystemveränderungen in den Flüssen, in denen sie laichen, und in den Meeresgewässern, in denen sie ihre Reife erreichen, zurückgegangen. Die Erwärmung des Flusswassers wurde mit Hitzestress beim Chinook-Lachs in Verbindung gebracht, und wärmeres Meerwasser könnte die Reifung beider Arten zu kleineren Erwachsenen fördern.
Gebäude und Bauwerke in der Permafrostzone
Spezialisten der Fakultät für Geologie und Geophysik der Staatlichen Universität Nowosibirsk (NSU) haben eine Technologie zur Expressbewertung des Zustands von Gebäuden und Bauwerken für den Einsatz in der Arktis und Gebieten mit Permafrost entwickelt, patentiert und auf dem Arktischen Technologieforum ARTEK-2023 vorgestellt.
„Das Problem, dessen Lösung sich die NSU-Technologie widmet, hängt mit dem Betrieb von Gebäuden und Ingenieurbauwerken auf Permafrostböden zusammen. Die Tragfähigkeit von Fundamenten (insbesondere von Pfahlfundamenten und anderen Arten von Fundamenten) kann sowohl durch saisonales Auftauen der Böden beeinträchtigt werden und aufgrund einer Erhöhung der Temperatur der Fundamente aufgrund der globalen Erwärmung. Wenn Pfahlgründungen ihre Tragfähigkeit verlieren, können Gebäude und Bauwerke ungleichmäßigen Verformungen ausgesetzt sein, die zu Notsituationen bis hin zum Einsturz führen können“, sagte Alexander Kvashnin , Direktor des Zentrums für Technologietransfer und Kommerzialisierung von NSU.
Um schnell Entscheidungen über die Einstellung des Betriebs oder die Stärkung von Fundamenten treffen zu können, wurde ein Hard- und Softwarekomplex zur Expressüberwachung von Bauwerken und Bauwerken entwickelt. Es umfasst Sensoren – mikroseismische Sensoren, die die Frequenz und Amplitude von Vibrationen von Gebäudestrukturen aufzeichnen, und Rekorder, die diese Daten speichern und sie dann entweder in die Cloud oder auf einen Laptop übertragen können, wenn die Daten vor Ort verarbeitet werden.
Die Universität weist darauf hin, dass ein wichtiger Teil des Komplexes Software ist, mit der Sie Lärm entfernen, die Eigenfrequenzen von Vibrationen von Gebäuden und Bauwerken isolieren und durch Abschneiden aller unnötigen Dinge den technischen Zustand von Bauwerken und sogar einzelnen Gebäudestrukturen bestimmen können. Befindet sich das Gebäude in einem guten Zustand, sollten die Schwingungsamplituden gering sein, bei Stabilitätsverlust steigen sie jedoch deutlich an. Aus der Häufigkeit und zeitlichen Veränderung dieser Amplituden lassen sich Rückschlüsse auf die Verschlechterung des technischen Zustands des Gebäudes ziehen.
„Auf diese Weise haben wir eine Reihe von Transport- und Ingenieurinfrastruktureinrichtungen in der Region Nowosibirsk sowie bei einem der größten metallurgischen Unternehmen in Russland untersucht. In kurzer Zeit konnten wir den technischen Zustand verschiedener Einrichtungen beurteilen „Wir können die Strukturen analysieren und problematische unter ihnen identifizieren. Die Ergebnisse unserer Forschung bestätigten zu 100 % andere, arbeitsintensivere und teurere Methoden“, sagte Kvashnin.