Mithilfe von Sedimentkernen fanden die Forschenden vom Alfred-Wegener-Institut und dem MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen heraus, dass beachtliche Mengen terrestrischen Kohlenstoffs im Meeresboden gelagert werden. Und es zeigte sich, dass Mikroorganismen kleine Feinschmecker sind, die frischen marinen Kohlenstoff stark bevorzugen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Geoscience.
Arktische Permafrost-Ökosysteme an Land speichern rund 1.300 Gigatonnen Kohlenstoff aus organischen Quellen, wie zum Beispiel Pflanzenresten. Sedimente in Ozeanen und Flussdeltas enthalten weitere 400 Gigatonnen. Die globale Erderwärmung setzt dieser natürlichen Tiefkühltruhe jedoch zu: In der Arktis steigen die Temperaturen rasanter als irgendwo anders auf unserem Planeten, mit der Folge, dass Permafrost in der Region rapide taut. Über Flüsse und abbrechende Küsten kann der hier gespeicherte Kohlenstoff dann auch in den Arktischen Ozean gelangen. „Jährlich gelangen so bis zu 0,02 Gigatonnen zusätzlich ins Meer und laut Prognosen könnte dieser Abfluss bis zum Jahr 2100 um 70 bis 150 Prozent ansteigen“, sagt Dr. Manuel Ruben, Erstautor der Studie vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). „Wieviel davon als Treibhausgas wieder freigesetzt und wieviel im Meeresboden gespeichert wird, war bisher jedoch weitgehend unbekannt.“ Dieses Wissen ist jedoch essenziell um die Klimawirkung des tauenden Permafrosts abschätzen zu können.
Um dieser Unbekannten auf die Spur zu gehen, haben die Forschenden Sedimentkerne in unterschiedlichen Abständen vor der Küste der kanadischen Insel Herschel Island geborgen und untersucht. Die Kerne enthalten Ablagerungen von etwa 50 Jahren. Die Analyse der Sedimente zeigte etwas Überraschendes: „Obwohl das Meer hier riesige Mengen organischen Kohlenstoffs von den Küsten abträgt, landet überraschend wenig davon im aktiven Kohlenstoffkreislauf des Ozeans“, so Manuel Ruben. „Mikroorganismen wandeln rund zehn Prozent aus den Sedimenten in Gase um, die ins Wasser aufsteigen und von dort in unsere Atmosphäre gelangen können.“ Der größte Teil wird jedoch im Meeresboden gespeichert.
Für ihre Analyse haben die Forschenden einmal die Zusammensetzung der Sedimentkerne genau untersucht und zudem, wie schnell sich Permafrostablagerungen am Meeresboden ansammeln. Hierfür haben sie gemessen, wie viel anorganischer gelöster Kohlenstoff sich in winzigen Hohlräumen der Sedimentschichten, dem sogenannten Porenwasser, ansammelt. Das ist ein Hinweis darauf, wie viel CO₂ Mikroorganismen „ausgeatmet“ haben, nachdem sie den organischen Kohlenstoff „verdaut“ haben. Die isotopische Zusammensetzung des Porenwassers gibt Aufschlüsse darüber, welches organische Material aus welcher Quelle abgebaut wurde. „Kohlenstoff-Isotope sind unsere atomaren Anzeiger, die die Nahrungsquelle der Mikroorganismen identifizieren können“, sagt Prof. Gesine Mollenhauer, Geochemikerin am AWI und Co-Sprecherin des Exzellenzclusters „Der Ozeanboden – unerforschte Schnittstelle der Erde“. „Das Isotop 13C verrät uns zum Beispiel, ob sie eher den Kohlenstoff vom Land oder aus dem Meer verzehrt haben. Mithilfe des 14C-Isotops konnten wir bestimmen, ob die Einzeller alten organischen Kohlenstoff aus Permafrost oder frischen aus Algenresten bevorzugten.“
„Im Sediment leben Feinschmecker-Bakterien, die offenbar den frischen Kohlenstoff aus zum Beispiel jüngeren Algenresten gegenüber dem ‚alten‘ aus den Permafrostablagerungen bevorzugen“, erklärt Gesine Mollenhauer. Das deutet darauf hin, dass der organische Kohlenstoff, der vom Land ins Meer gelangt, weniger zur Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre beiträgt als befürchtet. „Hier brauchen wir allerdings weitere Forschung. Denn ein Teil des organischen Kohlenstoffs aus dem Permafrost könnte bereits abgebaut worden sein, bevor er den Meeresboden erreicht.“
Neben den Auswirkungen des Land-Ozean Kohlenstofftransports auf den Treibhausgasgehalt in der Atmosphäre sind weitere Effekte möglich. So beeinflusst dieser Transport die Biogeochemie der Küstengewässer, die auch eine wichtige Rolle bei der Nahrungsversorgung der einheimischen Bevölkerung spielen. Denn die Sedimente verändern, wie viel Sonnenlicht verfügbar ist: Zum einen trüben die frisch abgebrochenen Bruchteile den Küstenozean, zum anderen verfärbt der enthaltene organische Kohlenstoff das Wasser, wenn er sich darin löst. Allerdings brauchen Einzeller wie Algen Licht, um daraus Biomasse und Sauerstoff zu machen. Diese Primärproduktion ist wiederum die Grundlage für Leben im Meer wie Fische, Krebstiere oder Robben. Unter anderem diesen komplexen Zusammenhängen wollen die Forschenden mit der für 2027 geplanten internationalen Kampagne „Arctic Pulse“ nachgehen. Mit koordinierten Messkampagnen an Bord des Forschungseisbrechers Polarstern, den Forschungsflugzeugen des AWI und an Land untersuchen sie, wie der rasche Umweltwandel die Ökosysteme in der Arktis verändert.
„Unsere Studie zeigt genauer als je zuvor, wie viel Kohlenstoff im Meeresboden sicher gelagert wird – und wie viel des abgebauten Materials tatsächlich aus dem alten Permafrost stammt“, sagt Manuel Ruben. „Das ist eine wichtige Grundlage für Klima-Modelle, die die Folgen des Permafrost-Tauens für das globale Klima vorhersagen können.“
Alfred-Wegener-Institut und MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen
Originalpublikation:
Ruben, M., Wei, B., von Jackowski, A. et al. Limited remineralization of Arctic permafrost-derived organic carbon in nearshore marine sediments. Nat. Geosci. (2026). doi.org/10.1038/s41561-026-02060-8
