Studie auf dem Qinghai‑Tibet‑Plateau: Verwitterung kompensiert laut Messungen regional teilweise große Anteile der Fluss‑CO2‑Emissionen
Eine Nature‑Studie quantifiziert auf dem Qinghai‑Tibet‑Plateau, wie Gesteinsverwitterung CO2‑Emissionen aus auftauendem Permafrost ausgleichen kann.
Das Auftauen von Permafrostböden setzt organischen Kohlenstoff frei, der in Flüssen zu Kohlendioxid (CO2) umgewandelt und in die Atmosphäre abgegeben werden kann. Eine neue Studie, veröffentlicht im Fachmagazin Nature, ergänzt dieses Bild: Die Verwitterung von Gestein kann nach den Messungen des internationalen Forschungsteams einen beträchtlichen Teil der Fluss‑CO2‑Emissionen binden.
Die Untersuchung quantifiziert räumlich und chemisch, wie biologische und geologische Prozesse gemeinsam die CO2‑Bilanz von Fließgewässern in Permafrostregionen prägen. Die Forschenden betonen in der Aussendung, dass diese Prozesse in Klimamodellen bislang kaum berücksichtigt wurden und daher die Nettoauswirkung des Permafrost‑Tauens auf den Kohlenstoffkreislauf besser erfasst werden sollte.
Als Untersuchungsgebiet diente das Qinghai‑Tibet‑Plateau, das laut der Studie die größte zusammenhängende Permafrost‑Landschaft außerhalb der Arktis und Antarktis darstellt. Das Forschungsteam kombinierte Messungen von CO2‑Emissionen mit chemischen Analysen in 50 Flüssen im Quellgebiet der größten Flusssysteme Asiens.
Das Untersuchungsgebiet deckt dabei eine Gesamtfläche von ungefähr 780.000 Quadratkilometern ab und reicht über Höhen von 1.650 bis 4.820 Metern über dem Meeresspiegel. Teile der Region sind nach Angaben der Autor:innen noch von durchgängigem Permafrost geprägt, in anderen Teilen ist der Permafrost nur noch sporadisch vorhanden oder ganz verschwunden. Die Forschenden werteten die räumliche Verteilung der gesammelten Daten statistisch aus, um Rückschlüsse auf die langfristigen Auswirkungen des Permafrost‑Schmelzens auf die Biogeochemie der Flüsse zu ziehen.
Eine zentrale Erkenntnis der Studie lautet, dass Kohlenstoffflüsse aus chemischer Verwitterung mit fortschreitendem Auftauen des Permafrosts an Bedeutung gewinnen können und in Teilen des Untersuchungsgebiets die CO2‑Emissionen aus der Umwandlung von organischem Kohlenstoff in Flüssen sogar übersteigen könnten. Über die gesamte untersuchte Region ermittelte das Team einen Kompensationswert von 35 % der Fluss‑CO2‑Emissionen durch verwitterungsbedingte Bindung von Kohlenstoff.
Die Studie nennt deutliche regionale Unterschiede: In Gebieten mit durchgängigem Permafrost gleiche Verwitterung nur etwa 15 % der Fluss‑CO2‑Emissionen aus. In Regionen mit sporadischem Permafrost könne der ausgleichende Effekt auf mehr als 100 % ansteigen, was laut den Autor:innen darauf hindeutet, dass mit zunehmendem Auftauen die Gesteinsverwitterung eine immer wichtigere Rolle spielen kann.
LMU‑Professor Aaron Bufe, einer der Erstautor:innen, weist in der Aussendung zudem auf die Bedeutung der Mineralogie hin: Wo Silikat‑Verwitterung dominiert, könne die Gesteinsverwitterung der Freisetzung von Kohlenstoff entgegenwirken; die Verwitterung schwefelhaltiger Minerale wie Pyrit hingegen könne die CO2‑Emissionen verstärken, ein Effekt, der im Südosten des Untersuchungsgebiets beobachtet wurde.
Die geochemischen Muster auf dem Qinghai‑Tibet‑Plateau liefern laut den Forschenden neue Hinweise darauf, wie das Auftauen des Permafrosts das Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffquellen und ‑senken verändern kann. Liwei Zhang, Co‑Leitautor der Studie, betont, dass die Ergebnisse ihres multi‑disziplinären Ansatzes zeigen, dass Gesteinsverwitterung durch den Rückgang des Permafrosts zunehmen und beträchtliche Anteile von CO2 binden könnte.
Aaron Bufe weist zugleich auf die relative Größenordnung hin: Er wird in der Aussendung mit dem klaren Statement zitiert, dass Gesteinsverwitterung den menschengemachten Klimawandel nicht aufhalten könne. Nach seinen Angaben sind die jährlichen menschengemachten CO2‑Emissionen ungefähr um den Faktor 100 größer als die CO2‑Aufnahme durch Silikat‑Verwitterung.
Vor diesem Hintergrund fordern die Autor:innen, die Nettoauswirkung des Permafrost‑Tauens umfassender zu bewerten und dabei sowohl organische als auch anorganische Kohlenstoffprozesse in Klimaanalysen zu berücksichtigen.
Permafrost: Permafrost bezeichnet Böden, die über mindestens zwei aufeinanderfolgende Jahre gefroren bleiben. In der Aussendung wird betont, dass Permafrostböden weltweit zunehmend auftauen und dabei organischen Kohlenstoff freisetzen, der in Flüssen zu CO2 umgewandelt werden kann; die Studie untersucht, wie sich dieses Auftauen räumlich auf Flusschemie und CO2‑Emissionen auswirkt.
Gesteinsverwitterung: Verwitterung umfasst geochemische Prozesse, bei denen Minerale aus Gesteinen gelöst werden. Die Studie quantifiziert, wie Verwitterung in und unter tauendem Permafrost Mineralien freisetzt, die wiederum Kohlenstoff binden können und damit als anorganische Senke wirken.
Silikat‑Verwitterung: Silikat‑Minerale reagieren chemisch und können bei Verwitterungsprozessen CO2‑Bindung bewirken. Den Autor:innen zufolge dominiert Silikat‑Verwitterung über weite Teile des Qinghai‑Tibet‑Plateaus und trägt dort dazu bei, die Fluss‑CO2‑Emissionen zu kompensieren.
Pyrit und Schwefelminerale: Die Verwitterung schwefelhaltiger Minerale wie Pyrit kann nach den Studienergebnissen die CO2‑Emissionen verstärken. Die Forschenden nennen als Beispiel den Südosten des Untersuchungsgebiets, wo dieser Effekt beobachtet wurde, und heben hervor, dass die Art der freigesetzten Minerale den Verlauf der Kopplung zwischen organischen und anorganischen Kohlenstoffprozessen beeinflusst.
Biogeochemie: Der Begriff beschreibt das Zusammenspiel biologischer, geologischer und chemischer Prozesse im Erdsystem. Die Studie verknüpft biologische CO2‑Quellen in Flüssen mit geochemischen Senken wie der Gesteinsverwitterung, um die Gesamtbilanz von Kohlenstoffflüssen in Permafrostregionen zu analysieren.
Die Autor:innen plädieren dafür, Klimaanalysen nicht allein auf biotisch‑organische Kohlenstoffprozesse zu fokussieren, sondern auch anorganische Mechanismen wie Gesteinsverwitterung systematisch zu berücksichtigen. Nach ihrer Darstellung kann allein die Berücksichtigung der Verwitterung die Einschätzung der Nettoauswirkung des Permafrost‑Tauens auf den globalen Kohlenstoffkreislauf verändern.
Konkreter heben die Forschenden hervor, dass räumliche Messungen und chemische Daten, wie sie in der vorliegenden Studie vorgelegt werden, dazu beitragen können, die räumliche Heterogenität von Quellen und Senken zu erfassen. Sie fordern, solche Daten in künftige Modellierungen einzubeziehen, um die Wechselwirkungen zwischen organischen und anorganischen Prozessen auf relevanten Zeitskalen besser zu verstehen.
Publikation: Liwei Zhang, Aaron Bufe et al.: "Rock weathering can offset river CO2 emissions induced by permafrost thaw." Nature 2026 (abrufbar ab 17. Juni, 17 Uhr). DOI: 10.1038/s41586-026-10664-8.
Kontakt: Prof. Aaron Bufe, Department für Geo‑ und Umweltwissenschaften, Ludwig‑Maximilians‑Universität München; Telefon: +49 89 2180 6714.