Die von Landmassen gespeicherte Wärmeenergie hat erheblich zugenommen

Der Anstieg anthropogener Treibhausgase in der Atmosphäre verhindert die Abgabe von Wärme in den Weltraum. Dadurch nimmt die Erde durch Sonneneinstrahlung ständig mehr Wärme auf, als sie durch Wärmestrahlung wieder abgeben kann. Frühere Studien zeigen, wo diese zusätzliche Energie gespeichert ist: vor allem in den Ozeanen (89 Prozent), aber auch in den Landmassen der Kontinente (5-6 Prozent), in Eis und Gletschern (4 Prozent) und in der Atmosphäre (1-6 Prozent). 2 Prozent). Dieses Wissen ist jedoch unvollständig: Beispielsweise war bisher ungewiss, wie sich diese zusätzliche Wärme in den kontinentalen Landmassen verteilt.

Das Forschungsteam unter der Leitung des UFZ und unter Beteiligung von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Instituts (Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)), der Vrije Universiteit Brussel und anderer Forschungszentren konnte genauer quantifizieren, wie viel Wärme vorhanden ist wurden zwischen 1960 und 2020 in den kontinentalen Landmassen gespeichert. Das Ergebnis: Die kontinentalen Landmassen haben insgesamt 23,8 x 10 aufgenommen²¹ Joule Wärme zwischen 1960 und 2020. Zum Vergleich: Das entspricht etwa dem 1800-fachen Stromverbrauch Deutschlands im gleichen Zeitraum. Der Großteil dieser Wärme, rund 90 Prozent, wird bis zu 300 Meter tief in der Erde gespeichert. 9 Prozent der Energie werden zum Auftauen von Permafrost in der Arktis verwendet und 0,7 Prozent werden in Binnengewässern wie Seen und Stauseen gespeichert. „Obwohl Binnengewässer und Permafrost weniger Wärme speichern als der Boden, müssen sie kontinuierlich überwacht werden, da die zusätzliche Energie in diesen Teilsystemen erhebliche Veränderungen in Ökosystemen verursacht“, sagt UFZ-Forscher und Erstautor der Studie Francisco José Cuesta. Valero.

Die Wissenschaftler zeigten außerdem, dass die im Boden, im Permafrost und in Seen gespeicherte Wärmemenge seit den 1960er Jahren kontinuierlich zunimmt. Vergleicht man beispielsweise die beiden Jahrzehnte von 1960 bis 1970 und von 2010 bis 2020, stieg diese Menge um fast das Zwanzigfache von 1,007 auf 18,83 x 10²¹ Joule im Boden, von 0,058 bis 2,0 x 10²¹ Joule in Permafrostregionen und von -0,02 bis 0,17 x 10²¹ Joule in Binnengewässern. Die Forscher berechneten aus mehr als 1.000 Temperaturprofilen weltweit die in bis zu 300 Metern Tiefe gespeicherten Wärmemengen. Mithilfe von Modellen schätzten sie die Wärmespeicherung im Permafrost und in Binnengewässern ab. Sie kombinierten beispielsweise globale Seemodelle, hydrologische Modelle und Erdsystemmodelle, um die Gewässer zu modellieren. Sie schätzten die Wärmespeicherung im Permafrost mit einem Permafrostmodell, das verschiedene plausible Verteilungen des Grundeises in der Arktis berücksichtigt. „Der Einsatz von Modellen ermöglichte es uns, den Mangel an Beobachtungen in vielen Seen und in der Arktis zu kompensieren und die Unsicherheiten aufgrund der begrenzten Anzahl von Beobachtungen besser einzuschätzen“, erklärt Francisco José Cuesta-Valero.

Die Quantifizierung dieser thermischen Energie ist wichtig, da ihr Anstieg mit Prozessen verbunden ist, die Ökosysteme verändern und somit Folgen für die Gesellschaft haben können. Dies gilt beispielsweise für den dauerhaft gefrorenen Boden in der Arktis. „Obwohl die im Permafrost gespeicherte Wärmemenge möglicherweise nur neun Prozent der kontinentalen Wärmespeicherung ausmacht, fördert der Anstieg in den letzten Jahren zusätzlich die Freisetzung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan durch das Auftauen des Permafrosts“, sagt Francisco José Cuesta-Valero. Steigt die im Boden gespeicherte Wärmeenergie, erwärmt sich die Erdoberfläche und gefährdet dadurch beispielsweise die Stabilität des Kohlenstoffspeichers im Boden. In landwirtschaftlich genutzten Gebieten könnte die damit verbundene Erwärmung der Oberfläche eine Gefahr für die Ernte und damit für die Ernährungssicherheit der Bevölkerung darstellen. In Binnengewässern könnte sich der veränderte thermische Zustand auf die Dynamik der Ökosysteme auswirken: Die Wasserqualität verschlechtert sich, der Kohlenstoffkreislauf gerät durcheinander; Algenblüten nehmen zu und wirken sich wiederum auf die Sauerstoffkonzentration und die Primärproduktivität aus, wodurch die Fischereiproduktion beeinträchtigt wird.

Co-Autor Prof. Dr. Jian Peng, Leiter der UFZ-Fernerkundungsabteilung, fasst daher zusammen: „Es ist wichtig, genauer zu quantifizieren und zu überwachen, wie viel zusätzliche Wärme von den kontinentalen Landmassen absorbiert wird. Das ist eine Schlüsselgröße.“ um zu verstehen, wie sich Veränderungen natürlicher Prozesse infolge der Wärmespeicherung in Zukunft auf Mensch und Natur auswirken werden.