Prozessbasierte Modellierung von Kryoturbation

Bild: Christian Beer

Projektbeschreibung

Kryoturbation beschreibt sämtliche durchmischende (lat. turbare = umherwirbeln) Bodenprozesse, welche ihren Ursprung in wiederkehrenden Zyklen frierender (gr. kryos = Frost) und tauender Bodenschichten haben. Insbesondere Permafrostböden werden in ihrer Bodengenese entscheidend von Kryoturbation beeinflusst, welche nicht nur das Landschaftsbild charakteristisch prägt, sondern auch zu einer starken Durchmischung der Bodenschichten führt. Dadurch wird äußerst effektiv organisches Material des Oberbodens in tiefere Bodenschichten transferiert, wo es langsamer abgebaut wird, wodurch im Laufe der Jahrtausende große Kohlenstoffreservoirs entstanden sind. Kryoturbation ist daher ein für den arktischen Kohlenstoffkreislauf wichtiger und bestimmender Prozess, welcher jedoch bislang nicht vollständig verstanden ist. Insbesondere die Dynamiken und Wechselwirkungen mit äußeren Einflüssen sind bislang unbekannt, was im Hinblick auf den fortschreitenden Klimawandel mit steigenden Temperaturen zu großen Unsicherheiten in Zukunftsprognosen führt.

Um diese Wissenslücke zu schließen, entwickeln wir im Rahmen des Projekts ein hoch-aufgelöstes, zweidimensionales geophysikalisches Bodenmodell, welches explizit vertikale und laterale Bodenverlagerungen darstellen kann. Mithilfe dieses Modells werden wir den Einfluss von Bodenheterogenität auf physikalische Bodeneigenschaften wie Temperatur und Feuchte sowie auf die Bildung von Eiskeilen und Eislinsen untersuchen. Weiterhin werden wir durch die explizite Simulation der Bodenverlagerung Wechselwirkungen zwischen initialer Bodenheterogenität und der Bodengenese analysieren können. Dadurch werden wir letztendlich quantifizieren können, wie und in welchen Maße Kryoturbation den arktischen Kohlenstoffkreislauf beeinflusst, und abschätzen können, ob, wie und wo sich kryoturbatische Prozesse durch den Klimawandel ändern werden.

Kooperationspartner

• Georg Guggenberger (Universität Hannover, Deutschland)
• Gustaf Hugelius (Stockholm University, Schweden)
• Dimitry Nicolsky (University of Alaska Fairbanks, USA)
• Jaroslav Obu (University of Oslo, Norwegen)

MitarbeiterInnen am Institut für Bodenkunde

• Heisenberg-Professor für Dynamik von Bodenprozessen: Prof. Dr. Christian Beer
• Wissenschaftliche Mitarbeiterin: Dr. Melanie Thurner
• Wissenschaftlicher Programmentwickler: Dr. Xavier Rodriguez-Lloveras