Permafrost bezeichnet Böden, Gesteine oder Sedimente, die über einen Zeitraum von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Jahren bei oder unter 0 °C geblieben sind. Dieses Phänomen tritt hauptsächlich in den Polarregionen der Erde auf, wie der Arktis und Antarktis, sowie in hohen Gebirgslagen und in Regionen mit kontinentalem Klima, wo die Winter extrem kalt sind. Etwa ein Viertel der Landfläche der Nordhalbkugel ist von Permafrost betroffen, einschließlich großer Teile Sibiriens, Alaskas, Kanadas und Grönlands. Die Tiefe des Permafrosts kann von weniger als einem Meter bis zu über 1.500 Metern variieren, abhängig von den lokalen geologischen und klimatischen Bedingungen.

Die Zusammensetzung von Permafrost ist vielfältig und kann neben gefrorenem Wasser auch Sedimente, organische Materie, Gestein und sogar fossiles Eis in Form von Eiskeilen oder massiven Eislinsen umfassen. Ein charakteristisches Merkmal von Permafrostgebieten ist die sogenannte aktive Schicht. Dies ist die oberste Bodenschicht, die im Sommer auftaut und im Winter wieder gefriert. Ihre Mächtigkeit hängt von Faktoren wie der Lufttemperatur, der Schneebedeckung, der Vegetation und der Bodenbeschaffenheit ab. Die dynamischen Prozesse in der aktiven Schicht, wie das wiederholte Frieren und Tauen, beeinflussen die Stabilität des Bodens und die Vegetation erheblich.

Die Entstehung von Permafrost ist ein langwieriger Prozess, der über Jahrhunderte oder Jahrtausende andauert. Er entsteht, wenn die durchschnittliche jährliche Bodentemperatur unter den Gefrierpunkt sinkt und die Wärmezufuhr aus dem Erdinneren sowie von der Oberfläche durch die kalten Temperaturen übertroffen wird. Man unterscheidet zwischen kontinuierlichem, diskontinuierlichem und sporadischem Permafrost, je nach dem Prozentsatz der Fläche, die dauerhaft gefroren ist. Kontinuierlicher Permafrost bedeckt nahezu 100 % der Landfläche, während diskontinuierlicher Permafrost Inseln von gefrorenem Boden in einem ansonsten ungefrorenen Untergrund darstellt. Sporadischer Permafrost tritt nur in isolierten und kleinen Flecken auf.

Permafrostregionen sind einzigartige und empfindliche Ökosysteme. Sie beherbergen spezialisierte Flora und Fauna, die an die extremen Bedingungen angepasst sind. Von besonderer globaler Bedeutung ist die Rolle des Permafrosts als riesiger Kohlenstoffspeicher. Im Laufe von Jahrtausenden haben sich in den gefrorenen Böden enorme Mengen an organischem Material angesammelt, das Pflanzen- und Tierreste enthält, die aufgrund der niedrigen Temperaturen nicht vollständig zersetzt wurden. Dieser Kohlenstoffvorrat wird auf etwa 1.300 bis 1.600 Gigatonnen geschätzt, was etwa doppelt so viel ist wie die Menge an Kohlenstoff, die derzeit in der Atmosphäre vorhanden ist.

Der Klimawandel stellt eine ernsthafte Bedrohung für die Stabilität des Permafrosts dar. Steigende globale Temperaturen führen zu einem beschleunigten Auftauen der Permafrostböden. Wenn das gefrorene organische Material auftaut, wird es für Mikroorganismen zugänglich, die es zersetzen. Dieser Zersetzungsprozess setzt große Mengen an Treibhausgasen frei, hauptsächlich Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4). Methan ist ein besonders potentes Treibhausgas, dessen Erwärmungspotenzial über einen Zeitraum von 100 Jahren etwa 28-mal höher ist als das von CO2. Die Freisetzung dieser Gase verstärkt den Treibhauseffekt weiter, was zu einer positiven Rückkopplungsschleife führt, bei der das Auftauen des Permafrosts die globale Erwärmung beschleunigt, die wiederum weiteres Auftauen verursacht.

Das Auftauen des Permafrosts hat auch erhebliche Auswirkungen auf die Infrastruktur in den betroffenen Regionen. Gebäude, Straßen, Pipelines und andere Bauwerke, die auf gefrorenem Boden errichtet wurden, verlieren ihre Stabilität, wenn der Boden darunter weich wird und absackt. Dies führt zu kostspieligen Schäden, die die Lebensgrundlage der lokalen Bevölkerung und die wirtschaftliche Entwicklung beeinträchtigen. Darüber hinaus verändert das Auftauen die Landschaft drastisch: Es entstehen Thermokarstseen (Seen, die durch das Schmelzen von Eis im Boden entstehen), Erdrutsche und Bodenerosion, die Ökosysteme zerstören und die Hydrologie von Flüssen und Seen beeinflussen.

Neben den Umwelt- und Infrastrukturfolgen gibt es auch potenzielle Gesundheitsrisiken. Im Permafrost sind nicht nur Kohlenstoff, sondern auch alte Viren, Bakterien und andere Mikroorganismen eingefroren. Das Auftauen könnte diese Pathogene freisetzen, die seit Tausenden von Jahren inaktiv waren und möglicherweise neue Krankheitserreger für Mensch und Tier darstellen. Wissenschaftler weltweit überwachen die Permafrostregionen intensiv, um die Veränderungen zu dokumentieren, die Freisetzung von Treibhausgasen zu quantifizieren und Modelle für zukünftige Szenarien zu entwickeln. Diese Forschung ist entscheidend, um die globalen Auswirkungen des Permafrost-Tauens besser zu verstehen und Minderungsstrategien zu entwickeln.