Knietief im Schlamm der zusammengebrochenen alaskischen Tundra zeigt Elissa Schuett auf die Überreste einer Höhle, die sie im letzten Sommer bewältigen konnte. Heute ist es verschwunden und wird von dem klaffenden Maul verschlungen, das als Thermokarst bekannt ist, der weiter nach außen marschiert, während das Land schnell schmilzt.
Thermokarst-Fehler treten auf, wenn der Permafrost - eine Schicht aus gefrorenem Boden in den Polarregionen der Erde - auftaut und instabil wird. Obwohl die Ereignisse in der gesamten Arktis auf natürliche Weise auftreten, vermuten viele Wissenschaftler, dass durch die steigenden Temperaturen im Norden mehr dieser Merkmale entstehen. Durch den Vergleich von Luftbildern aus dem Jahr 1985 mit aktuellen Fotos können wir nun mit einiger Sicherheit sagen, dass an einigen Orten zwei- bis fünfmal mehr dieser Merkmale vorhanden sind als zu Beginn der 1980er Jahre, sagt William Bowden. ein Wasserökologe an der Universität von Vermont.
Aus diesem Grund untersuchen Bowden, sein Forschungsassistent Schuett und andere Mitarbeiter der Toolik Field Station, einer Universität in Alaska, Fairbanks, einer Forschungseinrichtung 150 Meilen nördlich des Polarkreises in Nordalaska, die Auswirkungen von Thermokarst auf die Umwelt. Ihre Arbeit fügt sich in eine lange Tradition der Klimawandelforschung bei Toolik ein, die seit ihrer Gründung im Jahr 1975 ein unberührtes Labor zur Untersuchung der Frage bereitstellt, wie eine wärmere Welt die Land- und Wasserstraßen der Arktis verändern wird.
Das Verständnis des Klima- und Umweltwandels ist laut Norman Marcotte vom kanadischen Forschungsrat für Naturwissenschaften und Ingenieurwesen das "brennende Thema" in der internationalen Arktisforschung. Forschungsstationen wie Toolik seien für die Erfassung von Langzeitdaten und die Untersuchung von Problemen vor Ort von entscheidender Bedeutung. Kanada plane die Entwicklung einer Forschungsstation für die Arktis mit vielen Elementen, die mit Toolik identisch sind.
Obwohl sich ein Großteil der Arktisforschung auf die Beobachtung der Umwelt konzentriert hat, sagt John Hobbie, Mitbegründer von Toolik, ein leitender Wissenschaftler bei Ecosystems Zentrum des Meeresbiologischen Labors in Woods Hole, Massachusetts.
Es ist auch "der einzige Ort in Nordamerika, an dem wir einen genaueren Überblick darüber erhalten, wie sich der Klimawandel auf die Ökosysteme auswirken kann", fügt er hinzu.
In vielerlei Hinsicht hat der Klimawandel bereits begonnen, dieses dichotom fragile und winterharte Land umzugestalten. Zwischen 1966 und 1995 stiegen die Temperaturen in der Arktis um 0, 7 Grad Celsius pro Jahrzehnt, ein Trend, der "Nordalaska in den heißen Bann zieht", sagt Syndonia Bret-Harte, Associate Science Director von Toolik. Die Arktis erwärmt sich schneller als die tropischen Gebiete der Welt: Der Frühling kommt früher, der Herbst setzt später ein, und die Temperatur des Permafrosts schwankt in vielen Gebieten, einschließlich Toolik, gefährlich nahe dem Kipppunkt bei null Grad Celsius. Dann könnte der gefrorene Boden, der der Tundra das Rückgrat gibt, abbröckeln.
Neue Thermokarsts in Alaska könnten auch zeigen, wie die Erwärmung Bäche oder Seen verändern kann, da diese Merkmale häufig in der Nähe von Wasser auftreten. Als im Jahr 2003 ein Thermokarst in der Nähe des Flusses Toolik entdeckt wurde, stellten Bowden und Kollegen fest, dass sich so viel Sediment im Fluss abgelagert hatte, dass das Wasser 40 Kilometer stromabwärts schlammig wurde. Er und seine Kollegen berichteten im Juni 2008 im Journal of Geophysical Research, dass Ammonium, Nitrat und Phosphor, die aus diesem Zusammenbruch austreten, im Laufe der Zeit "die Struktur und Funktion des Flusses erheblich verändern" werden.
Für Bowden und andere Toolik-Forscher waren solche Beobachtungen bekannt. Zwischen 1983 und 2004 haben sie in einem Experiment am Fluss Kuparuk in der Nähe von Toolik gesehen, wie drastisch Phosphor einen Fluss umstrukturieren kann - "das am besten untersuchte Flusseinzugsgebiet in der gesamten Arktis", so Hobbie. In diesem Experiment versahen die Wissenschaftler den Fluss jeden Sommer mit kleinen Mengen Phosphor, einem Nährstoff, der häufig in Düngemitteln und bei der Verschmutzung von Haushalten und Industrie vorkommt. Nach acht Jahren breitete sich Moos im Fluss aus, verdrängte andere Pflanzenarten und löste bei bestimmten Insektenarten ein Wachstum aus. Die Produktivität im gesamten Fluss boomte. Diese Untersuchung könnte vorhersagen, was passiert, wenn Permafrostschmelzen und Nährstoffe in Luft und Wasser freigesetzt werden.
An Land haben Toolik-Forscher auch verschiedene Arten von Tundra gedüngt. In einem Experiment, das seit 1989 durchgeführt wird, hat der leitende Wissenschaftler des Ecosystems Center, Gaius Shaver, herausgefunden, dass einige Laubgehölze wie die Zwergbirke in der Tussock-Tundra vom Zustrom von Stickstoff und Phosphor profitieren können, indem sie den Überfluss erhöhen und die Artenvielfalt verringern. Die Wissenschaftler von Toolik konzentrieren sich auch darauf, warum die Arktis grüner zu werden scheint, erklärt Bret-Harte. Es könnte an mehr Sträuchern liegen: Vor ungefähr 12.000 Jahren, als das Klima wärmer war, dominierten Sträucher die Landschaft, sagte sie.
Obwohl diese Polarverschiebungen vom Rest der Welt isoliert zu sein scheinen, könnte eine schmelzende Arktis den Klimawandel beschleunigen. Bret-Harte weist darauf hin, dass arktische Landmassen - einschließlich der borealen Wälder - fast 40 Prozent des weltweiten Bodenkohlenstoffs enthalten, aber nur ein Sechstel der Landfläche der Erde ausmachen. Wenn der im Boden eingeschlossene Kohlenstoff durch Schmelzen des Permafrosts freigesetzt wird, könnte dies die Konzentration von Kohlendioxid, einem wichtigen Treibhausgas, in der Umwelt mehr als verdoppeln.
Bowden von der University of Vermont glaubt, dass es "starke Beweise" dafür gibt, dass eingefangener Kohlenstoff und Methan bei Thermokarst-Ereignissen freigesetzt werden und zur Erwärmung beitragen könnten. Er sucht nach Finanzmitteln, um zu untersuchen, wie Thermokarst die arktischen Ökosysteme insgesamt beeinflussen. Zum Beispiel kann ein Thermokarst, der in Gewässern Sedimentspitzen verursacht, Pflanzen ersticken, Fischkiemen verstopfen und letztendlich eine Kaskade von Effekten bis zum Ende des Nahrungsnetzes auslösen.
"Es ist keine Horrorgeschichte - es ist nicht so, dass dies kein natürlicher Prozess ist", warnt Bowden. "Aber ich denke, es gibt starke Beweise dafür, dass [menschliche] Einflüsse, die weit von der Arktis entfernt sind, diese sekundären Effekte haben ... die potenziell sehr wichtig für die Strukturierung des Aussehens und Verhaltens der arktischen Landschaft in der Zukunft sein werden."
