Ein neues physikalisches Modell legt nahe, dass Schmelzwasser, das durch das Auftauen von Permafrost auf der russischen Jamal-Halbinsel entsteht, in der Tiefe Methanquellen freisetzen und Explosionen verursachen könnte, die zu riesigen Kratern an der Oberfläche führen. Gleichzeitig könnte das Auftauen des Permafrosts in der Arktis zur Freisetzung von radioaktivem Radon führen, das Krebs verursacht. Und vor der Küste Alaskas spuckt nach Angaben der US-Küstenwache eine vulkanähnliche Unterwasserstruktur Gas aus.
Ein neues physikalisches Modell legt nahe, dass Schmelzwasser, das durch das Auftauen von Permafrost auf der russischen Jamal-Halbinsel entsteht, in der Tiefe Methanquellen freisetzen und Explosionen verursachen könnte, die zu riesigen Kratern an der Oberfläche führen. Riesige Krater im sibirischen Permafrost könnten endlich eine entscheidende Erklärung haben. Sie entstehen, wenn unter Druck stehendes Wasser Risse im Permafrost verursacht, was zu einer plötzlichen explosionsartigen Freisetzung von Methan führt, sagen Wissenschaftler.
Die mysteriösen Krater sind 160 Fuß (50 Meter) tief und bis zu 230 Fuß (70 Meter) breit und tauchten erstmals 2014 auf Russlands nördlichen Halbinseln Jamal und Gydan auf. Gesteins- und Eisbrocken, die über die Landschaft rund um die Krater verstreut sind, deuten darauf hin, dass sie durch gewaltige Explosionen verursacht wurden. Diese seltsamen Krater wurden nirgendwo anders in der Arktis entdeckt.
Nun könnten neue Forschungsergebnisse endlich erklären, warum diese Explosionen nur in Sibirien auftreten.
„Es sind sehr, sehr spezifische Bedingungen, die dieses Phänomen ermöglichen“, sagte die Co-Autorin der Studie, Ana Morgado, Doktorandin und Chemieingenieurin an der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich. „Wir sprechen von einem sehr engen geologischen Raum.“
Menschen stehen am Rande des riesigen Jamal-Kraters, der nach dem Ausbruch fast mit Wasser gefüllt war. Alexander Luzenko
Unabhängig davon, wie präzise diese Explosionen sind, könnten sie eine Rückkopplung auf den Klimawandel auslösen und zu enormen Emissionen des starken Treibhausgases Methan führen.
„Das kann ein sehr seltenes Ereignis sein“, sagte Morgado. „Aber die freigesetzte Methanmenge könnte einen ziemlich großen Einfluss auf die globale Erwärmung haben.“
Im letzten Jahrzehnt haben Forscher mehrere Vorschläge zu Faktoren gemacht, die zur Bildung sibirischer Krater beitragen könnten, und bringen sie mit dem Schmelzen des Permafrosts und dem Zerfall von Wasser und Methankristallen, sogenannten Methanhydraten, in Methan und Wasser in Verbindung.
„Wir wussten, dass etwas die Methanhydratschicht zersetzte“, sagte Morgado.
Um herauszufinden, wie all diese Faktoren zusammenhängen, arbeiteten die Forscher eine Reihe von Gleichungen durch und führten Experimente in einem Labor durch, in denen Permafrost simuliert wurde. Sie stellten fest, dass die Explosionen höchstwahrscheinlich durch hohen Druck verursacht wurden, ähnlich wie ein Ballon explodiert, wenn er zu stark aufgeblasen wird. Als nächstes mussten sie herausfinden, was diesen Hyperdruck verursachte.
Der erste beobachtete Krater im Permafrost, entdeckt 2014 auf der Jamal-Halbinsel, Sibirien.2024. Morgado et al. Geophysikalische Forschungsbriefe
Eine neue Studie identifiziert Salzwassertaschen im Permafrost, sogenannte Cryopegs, die direkt über Methanhydrat liegen. Diese nur im Norden Russlands vorkommenden Kryopegs sind Überreste prähistorischer Meere, die während der letzten Eiszeit verschwanden, als die Temperaturen sanken, und Wasser in kontinentalgroßen Eisschichten einschlossen. Aufgrund des hohen Drucks und Salzgehalts bleiben Kryopegs trotz ihrer eisigen Umgebung flüssig.
Da Kryopegs viel salziger sind als der sie umgebende Permafrost, sinkt Schmelzwasser von der schmelzenden Permafrostoberfläche in diese Taschen, um die Salzkonzentration zwischen den beiden Reservoirs auszugleichen, so eine am 26. September 2024 in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlichte Studie. Dadurch baut sich im Inneren der Kryopegs langsam ein Druck auf.
Schließlich wird die Spannung so hoch, dass sich im Permafrost über den Kryostiften Risse bilden. Dadurch wird der Druck im Permafrost abgebaut. Die Methanhydrate direkt unter den Kryopegs werden durch niedrige Temperaturen und hohen Druck stabil gehalten, sodass ein plötzlicher Druckabfall in diesen Schichten dazu führen kann, dass sich das Methan von den Kristallen löst und zu einem Gas wird, was zu einer gewaltigen Explosion führt.
Die Autoren der Studie stellten fest, dass diese Prozesse wahrscheinlich über mehrere Jahrzehnte hinweg ablaufen, sodass Explosionen, die zur Bildung von Kratern führen, selten sind.
Schmelzender Permafrost in der Arktis könnte krebserregendes radioaktives Radon freisetzen. Wenn der Permafrost aufgrund des Klimawandels schmilzt, kann er mehr Radon freisetzen, ein farb- und geruchloses Gas, das mit Lungenkrebs in Verbindung gebracht wird.
Wissenschaftler warnen, dass durch das Auftauen des Permafrosts in der Arktis Radon freigesetzt werden könnte, ein radioaktives Gas, das Krebs verursachen kann.
Permafrost, der den Boden in der Arktis das ganze Jahr über gefroren hält, fungiert als Kappe, die verhindert, dass verschiedene Gase in die Atmosphäre entweichen. Das bekannteste davon dürfte Methan sein, ein starkes Treibhausgas, das beim Schmelzen des Permafrosts freigesetzt wird und dadurch den Klimawandel beschleunigt.
Doch in einem neuen Artikel, der in der Märzausgabe von Earth-Science Reviews veröffentlicht wurde, stellen Forscher fest, dass unter dem arktischen Permafrost ein weiteres gefährliches Gas lauert: Radon. Dieses farb- und geruchlose Gas ist eine Stufe des radioaktiven Zerfalls von natürlichem Uran. Es ist bekannt, dass es sich manchmal in Häusern, insbesondere in Kellern, ansammelt und dadurch das Lungenkrebsrisiko der Bewohner langfristig erhöht. Nach Angaben der Environmental Protection Agency ist Radon die zweithäufigste Ursache für Lungenkrebs in den Vereinigten Staaten und für 21.000 Todesfälle pro Jahr verantwortlich.
Nun ist Radon in der Arktis oder arktischen Regionen, wo der Boden das ganze Jahr über gefroren bleibt, nicht immer ein drängendes Problem. Das liegt daran, dass Permafrost verhindert, dass Gas aus dem Boden aufsteigt, sagte Paul Goodfellow, Spezialist für Umweltgefahrenprogramme bei der Alaska Division of Geological and Geophysical Research. Doch wenn der Permafrost auftaut, verschwindet dieser Schutzschild.
Galen Rowell
„Derzeit werden einige Studien durchgeführt, die sehr vielversprechend zu sein scheinen und zeigen, wie Permafrost Hausbesitzer potenziell Radon aussetzen könnte“, sagte Goodfellow, der nicht an der neuen Studie beteiligt war.
Goodfellows Aufgabe besteht darin, Hausbesitzer in Alaska zu ermutigen, einen Radontest durchzuführen, was angesichts der geringen Bevölkerungsdichte des Staates eine Herausforderung sein kann. Der Postdienst sei in abgelegenen Gemeinden begrenzt, was es schwierig mache, Testkits zur Analyse in Labore in den unteren 48 Bundesstaaten zu bringen, sagte er.
In der neuen Studie stellten die Forscher frühere Forschungsergebnisse zu Radon in Permafrostregionen zusammen, zu denen sowohl Alaska als auch die Berge von Harbin, einer Provinz im Nordosten Chinas, gehören. Die Untersuchung deutet darauf hin, dass der Abbau des Permafrosts zur Einwanderung von Radon in Häuser und Arbeitsplätze führen könnte, schreiben die Forscher um Jian Cui vom Harbin Integrated Natural Resources Research Center des China Geological Survey.
Es gebe jedoch „erhebliche Mängel“ bei der Forschung zur Radonmigration in Permafrostgebieten, fügten sie hinzu.
Der Permafrost schmilzt nicht auf organisierte Weise von oben nach unten, sagte Art Nash, Energiespezialist am Cooperative Extension Service der University of Alaska Fairbanks. Stattdessen schmilzt es ungleichmäßig, wodurch Risse und Spalten entstehen. Durch seismische Aktivitäten, die in Alaska häufig vorkommen, können auch neue Verwerfungen entstehen, durch die Radon wandern kann.
Es gebe auch Fragen darüber, wie Radon mit anderen unter dem Permafrost eingeschlossenen Gasen interagiere, sagte Nash. Das Besorgniserregendste davon ist Methan, ein starkes Treibhausgas, das, wenn es in großen Mengen freigesetzt wird, die globale Erwärmung rasch beschleunigen kann. Ein weiteres besorgniserregendes Problem ist Methylquecksilber, eine das Nervensystem schädigende Chemikalie, die sich in Wasser und tierischem Gewebe in der Nahrungskette ansammeln kann.
Nach Angaben der US-Küstenwache spuckt eine vulkanähnliche Unterwasserstruktur vor der Küste Alaskas Gas aus. Bei der Kartierung der Tschuktschensee und der Beaufortsee vor der Küste Alaskas wurde eine 1.640 Fuß hohe Struktur auf dem Meeresboden entdeckt, aber Wissenschaftler sagen, es sei noch zu früh, um die Art der Entdeckung zu bestimmen.
Wissenschaftler der US-Küstenwache haben vor der Küste Alaskas eine 500 Meter hohe Struktur entdeckt, die einem Unterwasservulkan ähnelt.
Basierend auf den Daten, die aus dem darüber liegenden Wasser gesammelt wurden, könnte die Struktur Gas ausstoßen, aber die Wissenschaftler sind sich immer noch nicht sicher. Unabhängig davon, ob es sich bei dem Bauwerk um einen Vulkan handelt oder nicht, beträgt seine Tiefe an der flachsten Stelle 5.250 Fuß (1.600 m), was bedeutet, dass es kein Risiko für die Schifffahrt darstellt, heißt es in der Erklärung.
Eine Visualisierung der vulkanähnlichen Formation, die von Wissenschaftsteams an Bord des US-Küstenwachekutters Healy entdeckt wurde. NOAA
Forscher entdeckten die bisher unbekannte Struktur während einer dreiphasigen Mission an Bord des Eisbrechers Healy der US-Küstenwache, um den Meeresboden in der Tschuktschensee und der Beaufortsee zu kartieren.
„Während die Analyse noch andauert, sind diese Ergebnisse spannend und geben Einblick in das, was möglicherweise unter der Meeresoberfläche liegt, von dem vieles in der Region unbekannt ist“, sagte Megan McGovern, Kommandantin des Schiffes Fairweather der National Oceanic and Atmospheric Administration, in einem Interview Erklärung (NOAA), die an der Mission teilnahm.
Wissenschaftler entdeckten die Struktur während der ersten Phase der laufenden Healy-Mission, die einen Teil des Untersuchungsgebiets des Alaska Port Access Route Survey (Arctic PARS) entlang der Nordküste Alaskas erkundet. Arctic PARS prüft das Potenzial für neue Schifffahrtsrouten entlang der gesamten arktischen Küste der USA, vom Prince of Wales Point auf der Seward-Halbinsel in Alaska bis zur amerikanisch-kanadischen Grenze in der Nähe von Gordon, Alaska.
Besatzungsmitglieder des Kutter Healy der US-Küstenwache holen am 30. Oktober 2024 ein Messgerät aus der Tschuktschensee. US-Küstenwache
In der zweiten und dritten Phase der Mission werden junge Wissenschaftler eingeladen, verschiedene Arten von Meeresforschung durchzuführen, einschließlich der Kartierung des Meeresbodens und der Wasserprobenentnahme, um Lücken im Expertenwissen über diese abgelegenen Gebiete zu schließen.
In Alaska gibt es U-Boot-Vulkane wie den Bogoslof-Vulkan, aber sie befinden sich im Gegensatz zu dem von Healy gemeldeten Phänomen in Gebieten mit bekanntem Vulkanismus.
