Extreme Niederschläge verändern die thermischen Verhältnisse des Permafrosts auf der Nordhalbkugel

Warum plötzliche Platzregen in gefrorenen Regionen wichtig sind

In der Arktis und in hohen Gebirgen kann der Boden über Tausende von Jahren gefroren bleiben und große Mengen Eis sowie eingeschlossenen Kohlenstoff speichern. Mit der Erwärmung des Klimas befürchten Wissenschaftler, dass dieses gefrorene Terrain, der Permafrost, schneller auftaut, Treibhausgase freisetzt und Straßen, Gebäude sowie Pipelines destabilisiert. Diese Studie stellt eine überraschend einfache, aber wichtige Frage: Was geschieht mit dem gefrorenen Boden, wenn er nicht nur von sanftem Regen, sondern von immer häufiger auftretenden extremen Platzregen getroffen wird?

Starker Regen auf gefrorenen Fundamenten

Permafrost ist von einer „aktiven Schicht“ bedeckt, die im Sommer auftaut und im Winter wieder gefriert. Die Dicke und Temperatur dieser Schicht steuern weitgehend, wie schnell sich das tieferliegende, dauerhaft gefrorene Bodenmaterial verändert. Anhand von Daten aus 131 Messstellen in Permafrostregionen Chinas, Russlands und der Vereinigten Staaten untersuchten die Forschenden, wie intensive Niederschlagsereignisse – Tage mit besonders kräftigem Regen – die Bodentemperaturen beeinflussen. Sie kombinierten vier standardisierte Maße für extreme Niederschläge mit drei verschiedenen Analysemethoden, um kurzfristige Bodenreaktionen am selben Tag der Stürme zu erfassen.

Oberflächliche Abkühlung, tiefere Erwärmung

Das Bild, das sich ergibt, ist kontraintuitiv. Auf den ersten Blick könnte man erwarten, dass kalter Regen einfach den Boden abkühlt. Stattdessen findet die Studie eine geschichtete Reaktion. In den obersten wenigen Zentimetern des Bodens führt extremer Regen häufig zu Abkühlung – bedingt durch verstärkte Verdunstung und den Zustrom relativ kühlen Regenwassers, das der Oberfläche Wärme entzieht. Weiter unten, jenseits von etwa 10 Zentimetern, dominiert jedoch Erwärmung. Über alle Standorte und Niederschlagsdefinitionen hinweg erwärmten sich fast 80 % der tieferen Bodenschichten während extremer Regenereignisse. Insgesamt zeigten mehr als drei Viertel der untersuchten Orte irgendwo in der aktiven Schicht einen Netto-Erwärmungseffekt, was darauf hindeutet, dass kräftige Regenfälle Wärme nach unten transportieren und tiefere Auftauschichten fördern.

Trockene vs. feuchte Regionen: Eine Geschichte zweier Klimata

Ob Permafrost letztlich erwärmt oder abkühlt, hängt jedoch stark vom umgebenden Klima ab. In ariden Regionen, wo die Böden relativ trocken sind, erwärmte extremer Regen den Boden sowohl in oberflächennahen als auch in tieferen Schichten, teils um mehrere Grad. Dort erhöht zusätzliche Feuchte die Effizienz des Wärmetransports in den Boden stark, und die tieferen Schichten gewinnen nicht genügend zusätzliche „Wärmespeicherkapazität“, um diesen Effekt auszugleichen. In feuchten Regionen hingegen kühlten die oberflächennahen Böden bei Platzregen ab und die tieferen Schichten zeigten kaum Veränderung oder leichte Abkühlung. Bereits nasse Böden gewinnen dort viel zusätzliche Kapazität, Wärme zu speichern und zu puffern, wodurch das Vordringen der Auftauschicht selbst bei zusätzlicher Wasserzufuhr gebremst wird.

Pflanzen, Eis und organische Substanz formen die Reaktion

Lokale Ökosysteme beeinflussen das Gleichgewicht zusätzlich. Strauchbewachsene Landschaften zeigten die stärkste Erwärmungsreaktion, besonders in der Tiefe, während gestörte Flächen – etwa verbrannter oder stark veränderter Boden mit spärlicher Vegetation, dünnen organischen Schichten und wenig Bodeneis – dazu tendierten, im oberen Boden abzukühlen. Standorte mit viel Bodeneis und organischem Material erfuhren bei starken Regenfällen die größte Tiefen­erwärmung. Diese Materialien isolieren und puffern den Boden und halten ihn unter normalen Bedingungen relativ kühl; bei intensivem Regen können die zusätzliche Feuchte und der Wärmetransfer jedoch wirksamer nach unten dringen und Schichten erwärmen, die zuvor gut geschützt waren. Statistische Analysen, die Klima, Vegetation, Bodenfeuchte, organische Substanz und Eisgehalt verknüpften, bestätigten, dass warme, relativ trockene Bedingungen mit reichlich Sträuchern und eisreichem Untergrund Erwärmung begünstigen, während kalte, nasse, spärlich bewachsene Umgebungen Abkühlung fördern.

Was das für künftiges Tauen bedeutet

In der Summe zeigen die Ergebnisse, dass extreme Niederschläge nicht nur ein Begleitphänomen des Klimawandels im Norden sind – sie sind ein aktiver Treiber von Permafrostveränderungen. Kurze, intensive Stürme können die sehr oberste Oberfläche abkühlen und gleichzeitig Wärme in tiefere Schichten transportieren, wodurch die saisonal aufgetaute Zone vielerorts dicker wird, insbesondere dort, wo die Böden trocken, eisreich und strauchbedeckt sind. Da Klimamodelle eine Zunahme häufiger starker Niederschläge in nördlichen Regionen prognostizieren, deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Permafrost­taue, Bodeninstabilität und Kohlenstofffreisetzungen in vulnerablen Regionen sich beschleunigen könnten. Um künftige Risiken für Klima und Infrastruktur besser abzuschätzen, müssen Projektionen von Permafrostveränderungen daher nicht nur steigende Lufttemperaturen berücksichtigen, sondern auch die zunehmende Wirkung extremer Niederschläge.

Zitation: Li, Q., Peng, X., Frauenfeld, O.W. et al. Extreme rainfall reshapes permafrost thermal regimes across the Northern Hemisphere. Nat Commun 17, 3204 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70017-x

Schlüsselwörter: Tauen des Permafrosts, extreme Niederschläge, arktisches Klima, Bodentemperatur, Kohlenstoff-Rückkopplungen