Soil organic matter decomposition in permafrost-affected soils and sediments

• Main Author: Walz, Josefine
• Other Authors: Pfeiffer, Eva-Maria (Prof. Dr.)
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: Staats- und Universitätsbibliothek Hamburg Carl von Ossietzky 2017
• Subjects: soil organic matter; incubation; Yedoma; greenhouse gases; permafrost; 550 Geowissenschaften; 38.16 Stratigraphie; 38.61 Bodenbildung; Bodenentwicklung; 38.63 Bodeneigenschaften; Dauerfrostboden; Treibhausgas; Klimaänderung; Arktis; ddc:550; Boden; Mengen; Arktis*
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:18-86528; https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/7301

Permafrostregionen spielen eine zentrale Rolle im globalen Klimasystem. Atmosphärischer Kohlenstoff (C) wurde über Jahrtausende in permafrostbeeinflussten Böden und Sedimenten eingelagert. Der Gesamtvorrat an organischem Kohlenstoff wuchs daher auf bis zu 1 300 Pg an, von denen aber ~800 Pg dauerhaft gefroren und daher nicht Teil des aktiven C-Kreislaufes sind. Durch Umweltveränderungen im Zuge steigender Temperaturen können große Mengen der im Permafrost gespeicherten organischen Substanz biologisch verfügbar und mikrobiell zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) umgewandelt und wieder an die Atmosphäre abgeben werden. Die Steuerungsfaktoren der Gasproduktion in der saisonalen Auftauschicht und des dauerhaft gefrorenen Permafrostes sind jedoch unzureichend bekannt, um die Wechselwirkungen zwischen tauendem Permafrost und globaler Klimaerwärmung verlässlich zu prognostizieren. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, die potentielle CO2- und CH4-Produktion in verschiedenen Boden- und Sedimentschichten permafrostbeinflusster Landschaften in Nordostsibirien mittels Laborinkubationen zu bestimmen. Der Fokus war zweifältig: Zuerst wurde der Einfluss von Umweltbedingungen auf die CO2- und CH4-Produktion in der Auftauschicht und im oberflächennahen (<1 m) Permafrostboden in Böden des Lena Deltas bestimmt. Sowohl die aerobe als auch die anaerobe Produktion war am höchsten im Oberboden (0–10 cm). Unter anaeroben Bedingungen wurde 2–4-mal weniger organische Substanz umgesetzt als unter aeroben Bedingungen. Methanogenese wurde erst nach einer Verzögerung von mehreren Wochen bis Monaten beobachtet. Der Anteil von CH4-C am anaeroben Gesamtumsatz stieg mit der Inkubationsdauer. Anaerober C-Abbau könnte daher eine bedeutendere Rolle im C-Kreislauf einiger Tundraböden spielen, als bisher angenommen. In der Auftauschicht führte ein Gefrier-Tau-Zyklus zu einem kurzlebigen CO2-Puls direkt nach dem Wiederauftauen. Die erhöhte Substratverfügbarkeit nach dem Tauen, z.B. durch Auflösung toter Zellmembranen (Lyse) und mechanisches ...