Boreale Wälder und ihre Schutzfunktion für Permafrost in einem sich verändernden Klima (BorealFrost)

• Antragstellerin: Dr. Simone Maria Stünzi
• Fachliche Zuordnung: Physische Geographie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525003358

Das boreale Waldbiom umfasst ein Drittel der globalen Waldfläche und übt einen starken Einfluss auf zahlreiche Klima-Rückkopplungsmechanismen aus. Boreale Wälder bedecken darüber hinaus mehr als ein Drittel des globalen kontinuierlichen und diskontinuierlichen Permafrostes. Die Permafrostbedingungen sind von den isolierenden Eigenschaften der Vegetationsschicht abhängig, und umgekehrt bestimmen die thermischen und hydrologischen Bedingungen des Bodens das Biom und damit die Vegetationsdecke. Eine Ausdehnung der globalen Waldbedeckung wird als mögliche negative Rückkopplung zum Klimawandel eingestuft, da sie die Kohlenstoffbindung und -speicherung in der Biomasse erhöhen würde. Gleichzeitig haben zahlreiche Studien festgestellt, dass boreale Wälder mit geringerer Dichte und veränderter Artenzusammensetzung aufgrund der damit verbundenen Albedozunahme in der schneebedeckten Periode ebenfalls zu einer negativen Rückkopplung führen können. Darüber hinaus führt die thermohydrologische Wechselwirkung zwischen borealem Wald und Permafrost zu zusätzlichen, nichtlinearen Rückkopplungsmechanismen, die bisher wenig Beachtung gefunden haben. Die borealen Wälder fungieren als dynamischer und reaktiver Isolierpuffer zwischen der Atmosphäre und dem Permafrost. Waldverlust führt zu einem Anstieg der Bodentemperaturen und der Dicke der Auftauschicht, und kann die Freisetzung des derzeit im Boden gefrorenen Kohlenstoffes auslösen. Das Ausmaß und die Richtung dieser Rückkopplungen sind noch unklar, insbesondere im Hinblick auf die Struktur der Baumkronen, regionale Unterschiede und klimatische Veränderungen. Mit meiner Forschung möchte ich diese Rückkopplungen und die thermischen und hydrologischen Prozesse untersuche, die (i) die Entwicklung des borealen Permafrosts und (ii) die Rückkopplung zwischen Wäldern und Permafrost bei anhaltender Klimaerwärmung bestimmen. Ich werde quantifizieren, inwiefern die Wälder den Permafrost vor sich ändernden Temperaturen und Niederschlägen schützen, indem ich das physikalisch basierte Permafrost-Wald-Modell CryoGrid-Vegetation, verfügbare Beobachtungsdaten aus Kanada und Sibirien sowie Fernerkundungszeitreihen kombiniere. Meine Hypothesen sind, dass (1) klimatische Veränderungen und längere Vegetationsperioden nicht nur zu dichteren Wäldern mit potenziell höherer Kohlenstoffbindung, sondern auch zu einer besseren Permafrostisolierung führen. (2) Die isolierenden Eigenschaften des Kronendachs werden sich aufgrund der verschiedenen vorherrschenden Pflanzentypen und Sukzessionsmuster regional unterscheiden, und (3) die Isolationskapazität des Kronendachs wird ab einem bestimmten Erwärmungsgrad nicht mehr ausreichen, was zu einer Vertiefung der aktiven Schicht und der Einleitung von Thermokarstprozessen führen wird, die mit einem lokalen Verlust der borealen Wälder einhergehen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle