Eine neue Studie, die von der Simon Fraser University und der University of British Columbia geleitet wurde, zeigt, dass verstärkte globale Erwärmung in der kanadischen Hocharktis innerhalb von nur 60 Jahren signifikante Veränderungen in der Struktur eines Flussnetzwerks in einer Permafrostlandschaft verursacht hat. Die Forschung verdeutlicht die Zusammenhänge zwischen Klimawandel, Frost-Tau-Dynamik des polygonalen Bodens und Wasserzufuhr durch Überschwemmungen sowie Schnee- und Eisschmelze. Das Team betont die Bedeutung des Verständnisses der physikalischen Kontrollen, die die Geschwindigkeit und das Muster der Flusskanalentwicklung in fragilen arktischen Landschaften bestimmen.
Die Forscher führten Feldarbeit auf der Axel-Heiberg-Insel während eines intensiven Sommerwärmereignisses durch. Indem sie Luftaufnahmen aus dem Jahr 1959, Feldbeobachtungen und aktuelle Daten der Light Detection and Ranging (LiDAR)-Technologie von 2019 kombinierten, analysierten sie die Entwicklung der Landschaft über einen Zeitraum von 60 Jahren.
Die Studie ergab, dass die Entwicklung von Flussnetzwerken durch den Wasserfluss durch 10 Meter breite Polygone beeinflusst wird, die durch das Gefrieren und Auftauen des Bodens in der Arktis entstehen. Dieser Einfluss wird zudem von Art, Umfang und Dauer von Überschwemmungsereignissen sowie vom Gefrierzustand der Sedimentpartikelsubstrate beeinflusst.
Das Forschungsteam nutzte LiDAR-Daten, um ein digitales Höhenmodell (DEM) eines Abschnitts des Tals zu erstellen. Sie stellten fest, dass die Ableitung von Überschwemmungswasser durch verbundene polygonale Mulden die Wahrscheinlichkeit von Erosion und Kanalentwicklung erhöht. Überschwemmungen aus dem Talsee sowie saisonaler Schnee- und Bodeneisschmelze tragen zur Wasserzufuhr bei, die flussabwärts zusammenfließt und zu einem Transport von grobem Sediment und zur Entwicklung eines Kanalnetzwerks führt. Die Timing von Überschwemmungen während des Höhepunkts des Auftaus spielt ebenfalls eine Rolle für die Erosionslevels, wobei wärmere Lufttemperaturen eine Rolle spielen.
Die Forscher betonen die Notwendigkeit, auf Grundlage dieser Daten prädiktive physikalische Modelle zu entwickeln, um zu verstehen, wie sich arktische Flussnetzwerke in den kommenden Jahrzehnten entwickeln werden, die durch weitere Erwärmung und Klimavariabilität geprägt sein werden. Die Ausdehnung von Flussnetzwerken könnte größere Sedimentmengen, Nährstoffe und Metalle in fragile Einzugsgebiete und Fischereien tragen und somit erhebliche Folgen für die Küstenwildtiere, das Wasser und die Bevölkerung haben.
Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Finnischen Geodätischen Forschungsinstituts, des Laboratoire de Planétologie et Géosciences, der University of Western Ontario und des Jet Propulsion Laboratory durchgeführt.
Einführung
Die von der Simon Fraser University und der University of British Columbia durchgeführte Studie zeigt deutliche Veränderungen in der Struktur eines Flussnetzwerks in der kanadischen High Arctic auf. Die Forscher betonen die Zusammenhänge zwischen dem Klimawandel, dem Auftauen und Gefrieren von Böden und der Wasserzufuhr in diesem fragilen Ökosystem. Das Verständnis der physischen Kontrollen, die die Entwicklung von Flusskanälen in arktischen Landschaften steuern, ist entscheidend.
Feldarbeit und Datenanalyse
Die Forscher führten Feldarbeiten auf der Axel Heiberg Insel während einer Sommerwärmephase durch. Sie kombinierten Luftaufnahmen von 1959, Feldbeobachtungen und im Jahr 2019 gesammelte LiDAR-Daten, um die Landschaftsentwicklung über einen Zeitraum von 60 Jahren zu analysieren.
Auswirkungen des Wasserflusses durch Polygone
Die Studie ergab, dass der Wasserfluss durch 10 Meter breite Polygone, die durch das Gefrieren und Auftauen des Bodens entstehen, die Entwicklung von Flussnetzwerken in der Arktis beeinflusst. Die zeitliche Abfolge, die Stärke und Dauer von Hochwasserereignissen sowie der Gefrierzustand der Bodensubstrate beeinflussen diesen Prozess weiter.
Die Rolle von Hochwasser bei der Kanalentwicklung
Die Forscher verwendeten LiDAR-Daten, um ein digitales Höhenmodell (DEM) eines Abschnitts des Tals zu erstellen. Dabei stellten sie fest, dass die Ableitung von Hochwasser durch miteinander verbundene Trogstrukturen der Polygone die Wahrscheinlichkeit von Erosion und Kanalentwicklung erhöht. Überflutungen aus dem Talsee, zusammen mit dem saisonalen Schnee- und Bodeneisschmelze, führen dazu, dass sich Wasser stromabwärts vereinigt, was zu einem Transport grober Sedimente und der Entwicklung eines Kanalnetzwerks führt. Der Zeitpunkt der Überflutung während des Höhepunkts des Auftauschlags beeinflusst auch das Ausmaß der Erosion.
Vorhersagemodelle für die Entwicklung von arktischen Flussnetzwerken
Die Forscher betonen die Notwendigkeit, aufgrund dieser Daten vorhersagende physische Modelle zu entwickeln, um zu verstehen, wie sich arktische Flussnetzwerke in den nächsten Jahrzehnten entwickeln werden. Mit weiterer Erwärmung und erwarteter Klimavariabilität könnten sich die Flussnetzwerke ausdehnen und größere Sedimentfrachten, Nährstoffe und Metalle in empfindliche Einzugsgebiete und Fischereigebiete bringen. Dies könnte weitreichende Auswirkungen auf die Küstenwildtiere, die Wasserqualität und die menschlichen Populationen haben.
Zusammenarbeit und Danksagungen
Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Finnish Geospatial Research Institute, des Laboratoire de Planétologie et Géosciences, der University of Western Ontario und des Jet Propulsion Laboratory durchgeführt.
