Neue Einsichten zur Permafrostverbreitung in Frankreich während der letzten Eiszeit

Permafrost ist eine wichtige Komponente des Klimasystems, welche besonders empfindlich auf Schwankungen des Klimas reagiert. In den letzten Jahrzehnten waren viele Regionen der höheren Breiten vom Auftauen der Permafrostböden betroffen und es ist davon auszugehen, dass sich dieser Trend in Zukunft fortsetzen wird. Durch das Auftauen von Permafrostböden werden Treibhausgase freigesetzt, welche ihrerseits den Treibhauseffekt verstärken und daher zu einem weiteren Anstieg der Temperaturen beitragen. Auf diese Weise ist das Auftauen von Permafrostböden Teil einer sich verstärkenden Wechselwirkung der Klimaerwärmung [1].

Auch globale Klimasimulationen deuten auf einen weiteren Rückgang von Permafrostflächen in der Zukunft hin. Die Quantifizierung dieses Rückgangs ist jedoch mit großen Unsicherheiten behaftet. Die verwendeten Klimamodelle sind für das heutige Klima kalibriert und unter diesen Bedingungen auch gut validiert. Trotz gleichem externen Antrieb weisen die Modellergebnisse dennoch eine große Spannbreite auf – was auch auf die Darstellung der Permafrostverteilung zutrifft [1]. In diesem Zusammenhang bieten Simulationen vergangener Klimazustände und deren Vergleich mit Klimaproxies (Klimaanzeiger wie z.B. Eisbohrkerne) eine einzigartige Gelegenheit, die Klimamodelle unter stark veränderten Randbedingungen zu testen. Im Falle von Permafrost handelt es sich bei diesen Proxies z.B. um Sand- und Eiskeile. Diese entstehen in mehrjährig gefrorenen Böden, wenn die Temperaturen sehr schnell sinken und der Boden durch thermische Kontraktion aufreißt [2].

Mit Hilfe globaler und regionaler Klimasimulationen haben wir in einer aktuellen Studie [3] die Permafrostverbreitung in Europa während des letzten glazialen Maximums (LGM) untersucht. Das LGM war eine Periode vor etwa 20.000 Jahren, in der kältere und trockenere Bedingungen als heute vorherrschten. In der Studie wurden zum ersten Mal die notwendigen Bedingungen für das Aufreißen des Bodens durch thermische Kontraktion [4] direkt anhand der Klimasimulationen geprüft. So konnte die Rolle der thermischen Kontraktionsrisse für die Entstehung von Sand- und Eiskeilen während des LGMs untersucht werden. Unseren Simulationen zufolge war das Vorhandensein von Permafrost in Nordfrankreich während des LGMs möglich. Die Bedingungen für thermische Kontraktionsrisse des Bodens waren sogar noch weiter südlich erfüllt. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese von Andrieux et al. [5], wonach Sandkeile nicht nur in Permafrostböden entstanden, sondern sich auch in Regionen bildeten, in denen der Boden nur saisonal gefroren war. Die Rolle von Sandkeilen zur Identifizierung ehemaliger Permafrost-Regionen muss daher überdacht werden.

Ein weiteres zentrales Ergebnis unserer Studie betrifft die während des LGMs in Europa vorherrschende Windrichtung. In globalen Klimasimulationen mit einem gehäuften Vorkommen von Ostwinden kommt es zu kälteren Temperaturen in Europa, was eher mit entsprechenden Proxydaten übereinstimmt. Wird das regionale Klimamodell nun mit diesen Bedingungen angetrieben, so nähert sich sowohl die simulierte Permafrostverteilung als auch die Ausdehnung der Regionen, in denen es zu thermischen Kontraktionsrissen kommen kann, den aus Proxydaten entsprechenden Verteilungen an. Somit konnte in dieser Studie der Mehrwert von regionalen Klimasimulationen gegenüber globalen Klimasimulationen gezeigt werden [3].

Referenzen:

[1] Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): IPCC special report on the ocean and cryosphere in a changing climate, available at: https://www.ipcc.ch/srocc/ (last access: 6 December 2021), 2019.
[2] Murton, J. B.: Permafrost and Periglacial Features. Ice wedges and ice wedge casts, in: Encyclopedia of Quaternary Science, edited by: Elias, S. A., vol. 2, Elsevier, Amsterdam, 436–451, 2013.
[3] Stadelmaier, K. H., Ludwig, P., Bertran, P., Antoine, P., Shi, X., Lohmann, G., and Pinto, J. G.: A new perspective on permafrost boundaries in France during the Last Glacial Maximum, Clim. Past, 17, 2559–2576, https://doi.org/10.5194/cp-17-2559-2021, 2021.
[4] Matsuoka, N., Christiansen, H. H., and Watanabe, T.: Ice-wedge polygon dynamics in Svalbard: Lessons from a decade of automated multi-sensor monitoring, Permafrost. Periglac., 29, 210–227, https://doi.org/10.1002/ppp.1985, 2018.
[5] Andrieux, E., Bertran, P., and Saito, K.: Spatial analysis of the French Pleistocene permafrost by a GIS database, Permafrost. Periglac., 27, 17–30, https://doi.org/10.1002/ppp.1856, 2016b.
[6] wikimedia commons, CC BY-SA 3.0, Geograph, https://de.wikipedia.org/wiki/Eiskeil#/media/Datei:Ice_wedge_pseudomorph.jpg.

Kim H. Stadelmaier und Patrick Ludwig, AG “Regionales Klima und Wettergefahren”