Zombie-Brände: Rasche Erwärmung kann Torfböden entzünden

Sogenannte „Zombie-Brände“ in den Moorlandschaften Alaskas, Kanadas und Sibiriens verschwinden im Winter von der Erdoberfläche, glimmen jedoch unterirdisch weiter und erwachen im darauffolgenden Frühjahr erneut.

Diese Brände geben der Wissenschaft Rätsel auf: Sie treten bereits Anfang Mai auf, also lange vor der üblichen Brandsaison im hohen Norden, und können über mehrere Jahre hinweg wieder aufflammen.

Die meisten Forschenden gehen davon aus, dass Zombie-Brände Überreste früherer Oberflächenbrände sind. Wir haben jedoch eine andere mögliche Ursache ermittelt. Unsere Forschung deutet darauf hin, dass eine rasche Erwärmung der Atmosphäre über dem Boden Torfböden in der Tiefe plötzlich bis zu Schweltemperaturen aufheizen kann – ganz ohne Funken oder eine andere Zündquelle. Bei diesen Zombie-Bränden könnte es sich somit um eine durch den Klimawandel ausgelöste Selbstentzündung handeln.

Berichte über solche Brände reichen bis in die 1940er-Jahre zurück, als sie selten vorkamen. In den vergangenen zwei Jahrzehnten haben Häufigkeit und Intensität jedoch deutlich zugenommen – parallel zur beschleunigten Erwärmung der Arktis, der sich am schnellsten erwärmenden Region der Erde.

Anfang 2024 waren allein in der kanadischen Provinz British Columbia mehr als 100 Zombie-Brände aktiv. Sogar in der Nähe von Oimjakon im Nordosten Sibiriens, dem kältesten Dorf der Welt, wurden sie registriert. Dort überdauerten sie mehrere Winter und verursachen jährlich rund 3,5 Prozent der in der weiteren Region verbrannten Fläche.

In den temperaturempfindlichen arktischen Torfböden ist mehr Kohlenstoff gebunden als in der gesamten Atmosphäre vorhanden ist, und diese Brände setzen Gigatonnen davon frei. Wir wollten herausfinden, ob plötzliche Erwärmung unmittelbar dafür verantwortlich sein könnte.

Zwei bemerkenswerte Ergebnisse

Um verschiedene Was-wäre-wenn-Szenarien zu untersuchen, entwickelten wir ein mathematisches Modell. Es bildet unter anderem ab, wie Temperatur und Kohlenstoffgehalt von Torfböden auf Veränderungen von Wetter und Klima reagieren. Entscheidend ist, dass unser Modell berücksichtigt, wie bestimmte Mikroben beim Abbau des Bodens Wärme erzeugen und dessen Kohlenstoff in die Atmosphäre freisetzen.

Dabei erzielten wir zwei bemerkenswerte Ergebnisse:

Erstens können diese Mikroben so viel Wärme produzieren, dass Torf im Untergrund während des Winters bei ungefähr 80° C schwelt und im Frühjahr entzündungsbereit ist. Das kann geschehen, obwohl an dieser Stelle zuvor nie ein Feuer an der Oberfläche gebrannt hat und obwohl die Temperaturen über dem Boden nicht jene Werte erreichen, die normalerweise erforderlich wären, damit sich Boden entzündet.

Diesen neuen Zustand bezeichnen wir als heissen metastabilen Zustand von Torfböden. „Metastabil“ steht in diesem Zusammenhang für ein lang andauerndes Brennen: Der heisse Zustand bleibt über einen langen, aber begrenzten Zeitraum bestehen – bis zu zehn Jahre –, ehe der Torf vollständig verbrannt ist.

Unsere zweite zentrale Erkenntnis lautet, dass allein realistische Klimamuster einen abrupten Wechsel vom gewöhnlichen kalten Zustand in den heissen metastabilen Zustand auslösen können. Dazu zählen sommerliche Hitzewellen und Szenarien der globalen Erwärmung.

Besonders interessant ist, dass die atmosphärische Temperatur schneller als mit einer bestimmten kritischen Rate steigen muss, damit dieser Übergang eintritt. Nimmt die Temperatur der Atmosphäre um denselben Betrag zu, geschieht dies aber langsamer, verbleibt biologisch aktiver Torfboden im normalen kalten Zustand und wechselt niemals in den heissen metastabilen Zustand.

Bislang haben wir keinen Beleg dafür, dass dies in der realen Welt tatsächlich geschieht, und auch im Labor wurde es noch nicht nachgewiesen – derzeit zeigt sich dieses Phänomen ausschliesslich in unseren Modellen.

Allerdings ist bekannt, dass Kompost, der Torf sehr ähnlich ist, auf dieselbe Weise Feuer fangen kann. So wurde ein grosser Brand am Rand von London während einer Hitzewelle im Jahr 2022 wahrscheinlich durch die Selbstentzündung eines Komposthaufens verursacht.

All dies spricht dafür, dass die atmosphärische Temperatur selbst nicht der entscheidende kritische Faktor für Zombie-Brände ist. Vielmehr löst die Geschwindigkeit der atmosphärischen Erwärmung ein langes Brennen von Torf im Untergrund aus. Einfach gesagt: Nicht die Hitze ist ausschlaggebend, sondern die Geschwindigkeit.

Wie sich Zombie-Brände bekämpfen lassen

Mit der Erwärmung des Klimas wird auch das Wetter extremer – genau jene Bedingungen, unter denen immer mehr Zombie-Brände entstehen können. Das ist besorgniserregend, weil dadurch ein Teufelskreis in Gang gesetzt werden könnte: Die Gigatonnen Kohlenstoff, die aus alten Torfböden in die Atmosphäre gelangen, dürften den Klimawandel weiter verschärfen. Das führt zu mehr Bränden, noch extremerem Wetter und so weiter.

Tatsächlich sind Zombie-Brände ein Beispiel für einen durch Veränderungsgeschwindigkeit ausgelösten Kipppunkt. Dabei kann sich ein System nicht rasch genug an Veränderungen seiner äusseren Bedingungen anpassen und wechselt aus seinem Normalzustand in einen anderen, oft unerwünschten Zustand.

Möglicherweise nähert sich das heutige Klima für bestimmte natürliche Systeme – etwa biologisch aktive Torfböden – bereits gefährlichen Veränderungsraten oder hat diese sogar überschritten. Das könnte den jüngsten Anstieg von Zombie-Bränden erklären.

Offenbar besteht die einzige Möglichkeit, weitere Zombie-Brände zu verhindern, darin, die Klimavariabilität zu begrenzen. Während politische Entscheidungsträger gefährliche Werte der atmosphärischen Temperatur, also die Hitze, in den Mittelpunkt stellen, könnte die Klimavariabilität – die Geschwindigkeit der Veränderung – für unsere kurzfristige Widerstandsfähigkeit ebenso wichtig oder sogar wichtiger sein.

Sebastian Wieczorek, Professor (Lehrstuhlinhaber) und Leiter für Angewandte Mathematik, University College Cork; Eoin O'Sullivan, Doktorand für Angewandte Mathematik, University College Cork; und Kieran Mulchrone, Senior Lecturer, School of Mathematical Sciences, University College Cork

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.