In einer kleinen Stadt in Alaska treten gravierende Probleme auf, da der Boden sich senkt und Risse in den Häusern entstehen. Eine neue Technologie zur Analyse von Bodenwassereis mittels Satellitendaten ermöglicht es, die Sicherheit zukünftiger Umzugsorte zu überprüfen und unterstützt die Entscheidungsfindung der Bewohner. In der Vergangenheit kosteten solche Untersuchungen Zehntausende von Dollar, während sie jetzt für nur Hunderte von Dollar durchgeführt werden können. Auch das US-Militär nutzt diese Technologie zur Bewertung der Stabilität militärischer Infrastrukturen.
Wichtige Punkte des Artikels
- Wissenschaftler haben eine neue Methode entwickelt und nachgewiesen, die Satellitenradar nutzt, um den Eisgehalt im Permafrost zu schätzen.
- Im Arktischen Kreis infolge des Klimawandels tauen die Permafrostböden, was zu schwerwiegenden Problemen bei der Infrastruktur und für militärische Einrichtungen führt.
- Die Zusammenarbeit zwischen Raumfahrttechnik und regionaler Zusammenarbeit zur Unterstützung der Umsiedlungspläne der Bewohner und zur praktischen Umsetzung von Risikovorhersagen ist dringend erforderlich.
Die Situation in Nunapitchuk
In der Stadt Nunapitchuk, im nordlichen Alaska gelegen, gibt es alarmierende Berichte. In letzter Zeit wurden Risse in den Wänden von Häusern festgestellt, und Abwasser dringt in den Boden ein. Diese Gebäude stehen auf instabilem Erdreich, welches durch Erosion gefährdet ist. Pfützen trocknen nicht, und Schimmel ist allgegenwärtig. Der Boden erscheint weich und matschig.
Dieser kleine Ort im nördlichen Alaska ist von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen, insbesondere durch das Schmelzen des Permafrosts, welches oft übersehen wird. Ähnliche Probleme gibt es nicht nur in Nunapitchuk, sondern auch in anderen Städten der Arktis.
Was ist Permafrost?
Permafrost wird definiert als Erdreich, das mindestens zwei Jahre lang gefroren bleibt und sich unter etwa 15% der Landmassen der Nordhalbkugel erstreckt. Historisch gesehen blieb der Permafrost über einen viel längeren Zeitraum stabil, was den Menschen ermöglichte, auf ihm Siedlungen zu errichten. Mit fortschreitender globaler Erwärmung, die besonders in den Polarregionen schneller voranschreitet, tauen diese Böden und verursachen eine Vielzahl von Problemen für Infrastruktur und Umwelt.
Wissenschaftliche Ansätze zur Untersuchung des Schmelzens
Aktuell nutzen Wissenschaftler Satellitendaten, um das Innere des Bodens zu untersuchen und zu verstehen, wie der Permafrost schmilzt und welche Regionen mit hohem Eisgehalt gefährdet sind. Die kurzfristigen Verhaltensweisen besonders eisreicher Gebiete könnten Anhaltspunkte für zukünftige Probleme liefern.
Durch die Kombination von Daten aus dem All und vor Ort arbeiten Wissenschaftler mit den betroffenen Gemeinschaften zusammen, um vorherzusagen, ob die Fundamente ihrer Häuser Risse bekommen könnten, ob diese Reparatur benötigen oder ob es besser ist, an einem stabileren Ort neu zu bauen.
Sicherheit von Militärinfrastrukturen
Die National Geospatial-Intelligence Agency (NGA), eine der Hauptinformationseinrichtungen der USA, hat ebenfalls ein Interesse am Verständnis des Permafrosts, da die gleichen Probleme, die Zivilisten im hohen Norden belasten, auch militärische Infrastrukturen im In- und Ausland betreffen. Die NGA analysiert Daten von Überwachungssatelliten, um diese Informationen für US-National Security-Behörden zu interpretieren.
Das Verständnis über die potenzielle Instabilität der militärischen Infrastruktur in Alaska, einschließlich Radarstationen zur Überwachung von Interkontinentalraketen und militärischen Basen, ist entscheidend für deren ordnungsgemäße Funktion und die Planung zukünftiger Aufstockungen. Die Einsichten über die Schwächen des Permafrosts, die auch andere Länder wie Russland oder China betreffen, könnten zur Situationswahrnehmung bezüglich konkurrierender Nationen beitragen.
Globale Auswirkungen des Permafrostschmelzens
Insgesamt wird die Notwendigkeit, das Schmelzen des Permafrosts zu verstehen, sowohl für Zivilisten als auch für Regierungen mit fortschreitender globaler Erwärmung zunehmend wichtiger werden.
Der globale Kohlenstoffschatz im Permafrost
Die Auswirkungen des Permafrosts bewegen sich nicht nur lokal, sondern betreffen jeden, gleichgültig wo sie wohnen. Zum einen sind die infrastrukturellen Folgen in Orten wie Nunapitchuk besorgniserregend, zum anderen birgt der Permafrost eine Menge Kohlenstoff, die das Doppelte der derzeit in der Atmosphäre befindlichen Menge misst. Sofern der Permafrost schmilzt, könnten Treibhausgase in die Atmosphäre freigesetzt werden, was einen Rückkopplungsmechanismus auslösen könnte: Eine Temperaturerhöhung könnte das Schmelzen vorantreiben, was zu einer weiteren Erhöhung der Treibhausgase führt und somit die Temperaturen weiter steigen lässt.
Darüber hinaus könnte dies auch dazu führen, dass Mikroben, die jahrzehntelang eingeschlossen waren, nun freigesetzt werden und möglicherweise gefährliche Schwermetalle ins Wasser und die Luft abgeben.
Neue Effizienz in der Forschung
Traditionell war die Untersuchung des Schmelzverhaltens des Permafrosts stark von Felduntersuchungen abhängig. Kevin Schaefer, ein leitender Forscher am Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) an der University of Colorado Boulder, begann in den späten 2000er Jahren, nach weniger aufwendigen Methoden zu suchen. Die Idee war, Radarsysteme zu nutzen, die in Satelliten eingebaut sind, um den Untergrund zu untersuchen.
Diese Idee entwickelte sich 2009, als Schaefer den Tulik Lake besuchte, südwestlich des Prudhoe Bay-Ölfelds in Alaska, und nach stundenlanger Arbeit im Boden zur Entnahme von Kernproben während der Befragung mit Kollegen diskutierte, ob Radar aus dem Weltraum die Veränderungen im Boden effektiv verfolgen könnte.
Eingesetzte Technologien
Wissenschaftler bezeichnen den Boden, der direkt über dem Permafrost liegt, als „Aktivschicht“. Diese Bodenart zeichnet sich durch saisonale Veränderungen in der Wasserbindungsfähigkeit aus, wo im Sommer das Eis schmilzt und die Benetzungsfähigkeit zunimmt, während im Winter Wasser gefriert und das Volumen wieder zunimmt. Radar kommt zur Messung dieser Höhenveränderungen zum Einsatz, die normalerweise zwischen 1 und 5 cm liegen.
Schaefer bemerkte, dass er den Höhenverlauf zu Beginn und am Ende des Schmelzprozesses mit Radar messen konnte. Die reflektierenden elektromagnetischen Wellen würden unterschiedliche Strecken zurücklegen und die saisonalen Oberflächenbewegungen sichtbar machen, wodurch Rückschlüsse darauf gezogen werden könnten, wie viel Wasser in der Aktivschicht geschmolzen oder wieder gefroren ist und wie tief das Schmelzen in den Boden eingedrungen ist.
Schließlich entdeckte Schaefer, dass er mit weniger Aufwand und Kosten viel größere Bereiche untersuchen konnte.
Eindrücke und Perspektiven
Simon Zwiebach, Assistenzprofessor an der University of Alaska Fairbanks, sieht täglich die Auswirkungen des Schmelzens des Permafrosts. Aus seinem Büro hat er einen Blick auf den Universitätsparkplatz, in dem ein neu entstandenes Loch mit einem Zaun umgeben ist, um Fahrzeuge und Fußgänger zu schützen. Der Asphalt in diesem Bereich hat über ein Jahr gebaucht, bevor er in den letzten ein bis zwei Wochen zu sinken begann.
Die neue Methode durch Fernerkundung von Veränderungen der Höhenlage bedeutete, dass die Forscher die Erhebungen von Veränderungen auf einer viel größeren Fläche anpassen können, allerdings müssen dabei Hypothesen über das, was unter der Oberfläche passiert, aufgestellt werden. An Orten mit wenig Eis in der Aktivschicht könnte der Boden so aussehen, als wäre er ein wenig gefroren, was in Gebieten mit dickem Eis keine Probleme bereitet.
