QUIC-DRAIN

Quantifizierung der Auswirkungen von Vegetationssukzession auf die Kohlenstoffdynamik in drainierten Seebecken der Arktis

Dieses Projekt wird durch ein Einzelforschungsstipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt (2021-2025, Förderkennzeichen WO 2420/2-1 an Juliane Wolter)

Zusammenfassung

Die Hauptziele von QUIC-DRAIN sind (i) die Quantifizierung des Kohlenstoffspeichers in drainierten Thermokarstseebecken und deren Zusammenhang mit Vegetationsveränderungen und (ii) die Hochskalierung dieser Ergebnisse auf die regionale Skala, um potenzielle Hotspots für Treibhausgasemissionen zu identifizieren. In einem interdisziplinären Ansatz werden Feldstudien mit Laboranalysen von Organik und Pflanzenmakrofossilien, Inkubationsexperimenten, Fernerkundung und machinenlernengestützten Hochskalierungstechniken kombiniert. Vegetation und Oberflächensediment sowie Sedimentkerne vom Lena-Delta über Alaska bis zur westkanadischen Arktis sollen untersucht werden.

Thermokarstseen entstehen, wenn eisreicher Permafrost taut und sich wassergefüllte Senken bilden. In arktischen Tiefländern von Sibirien bis Nordwestkanada sind diese Seen allgegenwärtig und drainieren häufig, worauf der Permafrost regeneriert. Es entwickeln sich Moore und Pionierpflanzen besiedeln das Seesediment. Thermokarstseen sind wesentlich an Treibhausgasemissionen aus Permafrostregionen beteiligt, da in aufgetauten Bereichen unter den Seen verstärkt mikrobieller Abbau stattfindet. Dies würde durch ein Wiedergefrieren nach der Drainage minimiert. Soll also der Eintrag von Kohlenstoff aus dem Permafrost in die Atmosphäre quantifiziert werden, so müssen Informationen über drainierte Seebecken einfließen. Es ist jedoch nicht bekannt, wie viel Kohlenstoff während verschiedener Sukzessionsstadien aus den Sedimenten frei wird. Der Einfluss von Pflanzen und Abbauprozessen auf die Organik im Sediment ist eine weitere Unbekannte in der Frage nach der zukünftigen Entwicklung des riesigen Kohlenstoffspeichers der Permafrostregionen. QUIC-DRAIN wird diese offenen Fragen durch drei Forschungsziele bearbeiten:

  1. Bestimmung räumlicher und zeitlicher Muster und Einflussfaktoren holozäner Thermokarstseedrainage
  2. Untersuchung von Vegetationssukzession und Kohlenstoffdynamik nach der Drainage
  3. Hochskalierung des Kohlenstoffspeichers in verschiedenen Sukzessionsstadien auf die Region und Identifizierung potenzieller zukünftiger Hotspots der Treibhausgasproduktion

Diese Ziele werden erreicht, indem Drainagealter und mögliche Einflussfaktoren auf Drainageereignisse mithilfe von Fernerkundungsdaten und Sedimentkernen rekonstruiert werden (O1). Es wird die Vegetationssukzession und die gegenseitige Beeinflussung von Vegetation und organischer Substanz untersucht (O2). Schließlich wird QUIC-DRAIN diese Ergebnisse mithilfe von Fernerkundungs- und Machine Learning Methoden auf die Region hochskalieren (O3). QUIC-DRAIN ist insofern einzigartig, als es speziell auf Drainageereignisse und die darauffolgenden Entwicklungen fokussiert und eine hohe räumliche Abdeckung anstrebt.

Kooperationspartner

Prof. Dr. Bertrand Fournier, Institut für Umweltwissenschaften und Geographie, Universität Potsdam, Deutschland

Prof. Dr. Guido Grosse, Permafrost Forschungsgruppe, Alfred Wegener Institut Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) Potsdam, Deutschland

Dr. Benjamin M. Jones, Water and Environmental Research Center, University of Alaska Fairbanks, USA

Dr. Susanne Liebner, Section 5.3: Geomikrobiologie, Helmholtz Zenrum Potsdam Deutsches Forschungszentrum für Geowissenschaften (GFZ) Potsdam, Deutschland

Prof. Dr. Gesine Mollenhauer, Marine Geochemie Sektion, AWI Bremerhaven, Deutschland

Dr. Isla Myers-Smith, School of GeoSciences, University of Edinburgh, UK

Dr. Jens Strauss, Permafrost Forschungsgruppe, AWI Potsdam, Deutschland

Dr. George Tanski, Geological Survey Canada, Halifax, Canada

Prof. Dr. Damaris Zurell, Institut für Biochemie and Biologie, Universität Potsdam, Germany