Modelling the Evolution of Ice-rich Permafrost Landscapes in Response to a Warming Climate

• Main Author: Nitzbon, Jan
• Other Authors: Prof. Dr. Schneider, Christoph, Prof. Dr. Grosse, Guido, Prof. Dr. Westermann, Sebastian
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: Humboldt-Universität zu Berlin 2020
• Subjects: Permafrost; Numerische Modellierung; Thermokarst; Klimawandel; Numerical Modelling; Climate Change; 551 Geologie; Hydrologie; Meteorologie; 550 Geowissenschaften; 500 Naturwissenschaften und Mathematik; RB 10372; RQ 58372; ZC 13176; ddc:551; ddc:550; ddc:500; Arktis; Arktis*; Ice; permafrost
• Online Access: http://edoc.hu-berlin.de/18452/22872; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/22872-8; https://doi.org/10.18452/22175

Permafrost ist ein Bestandteil der Kryosphäre der Erde, der für Ökosysteme und Infrastruktur in der Arktis von Bedeutung ist und auch eine Schlüsselrolle im globalen Kohlenstoffkreislauf einnimmt. Das Auftauen von Permafrost infolge einer Klimaerwärmung zu projizieren ist mit sehr großen Unsicherheiten behaftet, da großskalige Klimamodelle entscheidende Komplexitäten von Permafrostlandschaften nicht berücksichtigen. Insbesondere bleiben in diesen Modellen Auftauprozesse in eisreichem Permafrost unberücksichtigt, welche weitreichende Landschaftsveränderungen – sogenannter Thermokarst – hervorrufen. Im Rahmen dieser Dissertation habe ich ein numerisches Modell entwickelt, um Auftauprozesse in eisreichen Permafrostlandschaften zu untersuchen, und habe es angewendet, um verbesserte Projektionen darüber zu erhalten, wie viel Permafrost infolge einer Klimaerwärmung auftauen würde. Der Schwerpunkt meiner Forschung lag auf besonders kalten, eis- und kohlenstoffreichen Permafrostablagerungen in der nordostsibirischen Arktis. In drei Forschungsartikeln habe ich gezeigt, dass der neuartige Modellierungsansatz in From von lateral gekoppelten “Kacheln” verwendet werden kann, um die Entwicklung von eisreichen Permafrostlandschaften realistisch zu simulieren. Anhand numerischer Simulationen habe ich gezeigt, dass der kleinskalige laterale Transport von Wärme, Wasser, Schnee und Sediment die Dynamik von Permafrostlandschaften sowie die Menge des aufgetauten Permafrosts unter Klimaerwärmungsszenarien entscheidend beeinflusst. Weiterhin habe ich gezeigt, dass in Simulationen, die Thermokarstprozesse berücksichtigen, wesentlich mehr Kohlenstoff vom Auftauen des Permafrosts betroffen ist, als in solchen, in denen eisreiche Ablagerungen unberücksichtigt bleiben. Insgesamt stellt die in dieser Dissertation dargelegte Forschungsarbeit einen substantiellen Fortschritt bezüglich einer realistischeren Einschätzung der Dynamik eisreicher Permafrostlandschaften mittels numerischer Modelle dar. Permafrost is a component of Earth's ...