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Timur Ashirov, Ali Çoskun et Olivier Graber

Timur Ashirov a passé son enfance au Tadjikistan, dans la cité industrielle de Tursunzoda, qui héberge la gigantesque aluminerie Talco. «J’ai grandi dans un décor de fumée s’échappant des hautes cheminées de la fabrique», rapporte-t-il. Très tôt, il s’interroge sur l’impact environnemental de cette usine, qui constitue l’une des principales sources de revenus du pays d’Asie centrale. Quinze ans plus tard, à près de 6000 kilomètres de sa ville natale, le voilà à la tête d’une start-up incubée à l’Université de Fribourg et active dans une technologie novatrice de capture directe du CO2 dans les sources d’émissions et dans l’air. «Actuellement, la grande majorité des discours vont dans le sens d’une réduction de l’empreinte carbone à l’échelle mondiale», se réjouit le docteur en chimie. Le problème? «Produire du CO2 demeure extrêmement bon marché.» Par ailleurs, alors que la plupart des gouvernements – Conseil fédéral y compris – sont d’accord pour affirmer que l’objectif «zéro net» (c’est-à-dire la neutralité carbone d’ici 2050) ne pourra pas être atteint uniquement en limitant les émissions de CO2, il est devenu impératif de passer à la vitesse supérieure en matière d’émissions négatives. C’est-à-dire l’ensemble des actions et technologies (appelées NET) visant à éliminer de l’atmosphère une partie du CO2 lié à des activités humaines. «Mais pour cela, il faut faire drastiquement baisser le coût des NET», souligne Timur Ashirov. «La plupart des technologies existantes ont des frais d’installation très importants et/ou requièrent une énorme quantité d’énergie pour être fonctionnelles, ce qui ne les rend pas facilement utilisables.» Dans ce contexte, «il y a un besoin criant de solutions permettant de retirer le CO2 de l’air de façon simple, efficace et bon marché». C’est justement ce que propose SEPARATIC, la société dirigée par le chercheur postdoc tadjik. «Lorsque j’ai décroché mon master en sciences des matériaux à l’Université Bilkent d’Ankara, le professeur de chimie Ali Coskun m’a proposé de venir rejoindre son laboratoire à l’Unifr.» Fort de ses recherches préliminaires en Turquie, Timur Ashirov a consacré sa thèse de doctorat au développement de polymères fonctionnels à structure poreuse et de membranes pour des applications de séparation et de capture gazeuse.

Modulaire et efficiente
Epaulé par le professeur Coskun ainsi que par Vincent Racciatti et Olivier Graber, le jeune scientifique a développé une membrane dans laquelle est incorporé un adsorbant. C’est cette combinaison novatrice entre membrane et adsorbant qui fait la particularité du projet. «Il s’agit d’une technologie relativement sophistiquée, qui pose pas mal de défis.» A l’heure actuelle, l’Université d’Aarhus, au Danemark, est le seul endroit où nous pouvons procéder au dépôt de l’adsorbant», précise l’entrepreneur. Concrètement, l’idée est de fixer ces membranes dans un module en séries et d’y faire passer de l’air. «Alors que le CO2 est capturé par le matériau adsorbant, le N2 et le O2 peuvent circuler librement.» Lorsque l’adsorbant arrive à saturation, on le fait chauffer sous vide; le CO2 est ainsi relâché. Les membranes peuvent alors être réutilisées. Contrairement à d’autres solutions de capture de CO2 dans l’air, dont l’une des plus connues est celle de la société suisse Climeworks, le système qu’est en train de mettre au point SEPARATIC est mobile. Grâce à son design modulaire, il peut être intégré à une usine existante, quelle que soit sa taille. Par ailleurs, son montage et son entretien ne nécessitent pas de connaissances pointues. «Notre processus de séparation ne requiert pas de pressurisation et s’est révélé 200 fois plus rapide que celui de nos concurrents directs», rapporte Timur Ashirov. Autre argument de vente majeur de la start-up: l’énergie dépensée durant l’opération est dix fois inférieure grâce à une température de régénération plus basse.

De la Suisse à Mars
Convaincue du potentiel de SEPARATIC, la structure Venture Kick lui a successivement accordé un soutien de 10’000 francs en janvier 2023, puis de 40’000 francs en mai 2023. La jeune pousse a également décroché un encouragement BRIDGE (FNS et Innosuisse) à hauteur de 183’000 francs. Des coups de pouce bienvenus alors que la start-up, aussi prometteuse soit-elle, a encore du pain sur la planche. «Il y a notamment des enjeux technologiques: éviter qu’il y ait des fuites de gaz, faire en sorte que le système soit réparable et bien évidemment vérifier que les essais effectués en labo s’avèrent aussi concluants sur le terrain, une fois que nous aurons développé un prototype.» Le test de ce module-pilote permettra de déterminer la stabilité, la durée de vie opérationnelle, les coûts et la capacité de capture du système. Timur Ashirov estime que d’ici un à trois ans, la petite entreprise devrait être en mesure d’honorer ses premières commandes. Ces commandes, d’où émaneront-elles? «Dans un premier temps, nous visons le marché suisse, principalement les acteurs de l’énergie – tels que Groupe E ou Alpiq – et les importants émetteurs de CO2 tels qu’Holcim», précise le postdoctorant de l’Unifr. Dans un second temps, la start-up ira faire de l’œil à des groupes européens actifs dans l’acier et l’énergie. Puis viendra l’ouverture au reste de la planète. Voire au-delà: en mai 2023, SEPARATIC a participé au troisième Mars Habitat Challenge. Organisé par Venturelab, cet évènement met à l’honneur de jeunes pousses qui ont le potentiel de contribuer à créer un habitat autonome sur la planète rouge.

• Timur Ashirov présentera son prototype à le 23.09.2023
• Timur Ashirov
• Photos: Christian Doninelli

Que ce soit dans l’ambiance feutrée de la Berne fédérale ou la main collée sur le bitume, politicien·ne·s écologistes et activistes du climat œuvrent avec le même objectif: convaincre, rallier des soutiens, faire bouger les lignes. Ce constat ressort d’une table-ronde organisée lors de la Semaine de la durabilité qui s’est tenue à Fribourg, comme dans neuf autres villes de Suisse durant ce mois de mars.

Cette table-ronde s’inscrivait dans un riche programme, proposé du 6 au 10 mars par Myosotis, association estudiantine de l’Université de Fribourg pour la protection de l’environnement. Pour cette soirée, cinq intervenant·e·s aux profils bien marqués: «Notre idée était de montrer que l’on peut être actif ·ve à tous les niveaux», explique Robin Jolissaint, co-animateur de cette table-ronde avec Lorie Biderbost.

Pugnacité de l’opposant·e
Aux côtés du syndic de la Ville de Fribourg, le socialiste Thierry Steiert, on trouvait ainsi l’activiste Cécile Bessire, cofondatrice de Renovate Switzerland, Raphaël Mahaim, conseiller national vert et co-fondateur des Avocats pour le climat, Marie-Claire Graf, fondatrice des Semaines de la durabilité en Suisse et invitée à la COP25 ainsi qu’Alexia Tissières, cofondatrice du média Mieux!.

But de la rencontre: présenter un panel des rôles actifs dans les politiques de transition écologique et familiariser le public avec les objectifs et les limites de ces arènes politiques. Comprenez par là des lieux d’interactions et de luttes où se décide la durabilité. Des mondes très différents, mais où se déploie une même cause.

Sous la coupole fédérale, il faut la pugnacité tranquille d’un Raphaël Mahaim. «Dans le système politique suisse, les écologistes sont minoritaires. Notre objectif est de tirer au maximum la couverture vers nous, de déplacer le centre de gravité sur les préoccupations écologiques. C’est parfois frustrant d’être dans l’opposition, car nous engrangeons très peu de victoires», explique le conseiller national.

La force du nombre
Convaincu que «l’action collective permet d’amener du mieux», il déplore le scepticisme de certains activistes du climat. «Prétendre que la politique, c’est perdu d’avance, cela décourage les politicien·ne·s qui s’engagent. C’est d’autant plus regrettable que, face à nous, de puissants lobbys freinent la transition écologique.»

Son travail? «Négocier et convaincre.» Deux mots qui inspirent Cécile Bessire, même si la manière diffère. «On fait exactement la même chose, mais à l’extérieur du Parlement», réagit la co-fondatrice du collectif Renovate Switzerland. Son terrain d’action, c’est l’opinion publique; son chemin, la résistance civile. Elle croit en la force du nombre: «Mon but est de contribuer à construire un mouvement social, à mobiliser les gens pour qu’ils s’engagent et fassent changer les choses.»

Autre point d’appui de la mobilisation, l’information. Cofondé par Alexia Tissières, le média citoyen Mieux! y travaille en proposant du contenu en ligne gratuit à un public jeune. «Le journalisme est une arène essentielle, car elle soutient toute les autres», relève-t-elle, déplorant une couverture trop souvent superficielle des questions environnementales par les médias traditionnels.

«Les sujets devraient être traités de manière plus transversale. On devrait à chaque fois se questionner.» Refusant une position de «simple spectatrice», elle se décrit comme une journaliste engagée. Si elle ne croit pas à l’objectivité journalistique, elle souligne l’importance de la transparence des sources. «Il s’agit d’être attentif au risque de désinformation.»

Du global à l’exécutif communal
Tandis que Mieux! traite de l’information suisse et romande, Marie-Claire Graf porte la voix du changement aux niveaux local, national et global. Co-fondatrice de la Semaine de la durabilité, elle s’active dans de nombreuses autres structures. En 2019, à 23 ans, la jeune Bâloise a été mandatée par le Conseil fédéral pour représenter la Suisse à la COP25 de Madrid.

S’impliquer à l’échelon international est important, dit-elle, même si cela peut paraître loin de nos préoccupations quotidiennes. Le changement global appelle certes une réponse globale, mais il ne faut pas oublier que les Etats gardent beaucoup de pouvoir, selon Marie-Claire Graf. «La plupart peuvent faire davantage.»

A l’autre bout de la lorgnette, on trouve les réalités d’un exécutif communal, là où agit Thierry Steiert, syndic de la ville de Fribourg. Mais avec quelle latitude? «Nous pouvons faire évoluer les choses, mais pas sans contrainte.» Il cite l’exemple du cadre très serré des marchés publics, ce qui n’empêche pas le chef-lieu cantonal d’opérer sa transition énergétique: chauffage à distance, panneaux solaires, etc.

Pas de clash générationnel
Pour l’élu, la mutation verte tient en l’addition de mesures. Une politique des petits pas en somme. Par exemple, il y a quelques années, lui et son exécutif se sont battus, avec succès, pour le maintien de l’alimentation électrique des trolleybus. Une persévérance et une conviction qu’il est possible de faire changer les choses qui se retrouvent chez nos cinq intervenant·e·s.

Et à la question d’une personne du public quant à un conflit générationnel, ils et elles se montrent prudent·e·s. «Renovate Switzerland compte des personnes de tous âges, répond Cécile Bessire. Dans le sillage de Greta Thunberg, on a pensé que c’étaient les jeunes. Mais ce que partagent celles et ceux qui s’engagent, c’est d’abord une même inquiétude pour ce qui a de la valeur pour nous.»

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L’urgence climatique, comme la plupart des questions de société, n’est pas l’apanage d’une seule discipline. Le workshop qui a récemment ponctué le programme Quali+ (lire encadré ci-dessous) ne s’y est pas trompé. En s’intéressant au procès des activistes du climat qui avaient singé une partie de tennis dans les locaux lausannois d’une grande banque et aux décisions juridiques qui ont suivi, l’atelier a passionné tant les professeurs chargés de présenter les problématiques que les étudiant·e·s assis·e·s dans l’aula.

Puisqu’il s’agissait d’un procès, les juristes ont posé le décor: Michel Heinzmann, professeur à la Faculté de droit, a rappelé les faits, les différentes procédures qui ont suivi et les droits évoqués dans le cadre de ces procédures.

L’état de nécessité, argument brandi par les activistes pour justifier leurs actes, a notamment fait l’objet d’un jugement différent en fonction des instances. Le juge de police a reconnu cet état et l’imminence du danger, tout comme le Tribunal cantonal, alors que le Tribunal fédéral a considéré cet argument comme non recevable: «Le juge a estimé que, concrètement, au moment de l’acte concerné, les protagonistes ne risquaient rien de manière imminente», a relevé le Prof. Michel Heinzmann.

Danger imminent
Alors qu’il a ouvert la discussion et encouragé les étudiant·e·s à poser des questions sur ces aspects juridiques, c’est le professeur de philosophie moderne et contemporaine Gianfranco Soldati qui a fait entendre sa voix: «Il n’a encore pas été question de l’intérêt prépondérant dans cette discussion. On s’attarde sur l’imminence ou non du danger, alors qu’il en va de la fin du monde!»

Et de se voir répondre que, selon la méthodologie du droit, on s’arrête sur le premier point discordant: «Si une condition fait défaut, alors on ne va pas s’intéresser aux autres éléments», explique Michel Heinzmann.

«Mais, s’il existe un intérêt prépondérant, est-ce qu’il ne devrait pas primer sur les autres conditions?» rétorque un étudiant. «Justement pas, on ne peut pas écarter certaines conditions sous prétexte qu’un élément serait prépondérant», répond le professeur. Même si elle semble imparfaite, la justice a été construite avec une volonté d’éviter les dérives qui permettraient de faire passer les intérêts des uns avant ceux des autres.

Activistes dans la contradiction
La deuxième intervention de ce workshop s’est également attardée sur la notion d’état d’urgence. Lecteur à la chaire de droit pénal, l’avocat Louis Frédéric Muskens a expliqué en quoi, selon lui, cette revendication des activistes lui semble contradictoire: «D’un côté, ils brandissent la désobéissance civile comme levier de résistance et, de l’autre, ils engagent une procédure pour qu’on reconnaisse leur acte comme licite, en évoquant l’état d’urgence.»

Au-delà de ce constat, l’avocat évoque en quoi la reconnaissance de l’urgence climatique comme un état de nécessité représenterait un danger. «L’urgence climatique ne pouvant être résolue de manière instantanée, nous entrerions dans un état de nécessité permanent qui autoriserait la transgression par n’importe quel acte répondant du droit pénal. Cela reviendrait à rayer le droit pénal suisse en un seul arrêt.»

Louis Frédéric Muskens n’imagine pas qu’un juriste ait pu prendre une décision comme celle prise par le juge de première instance sans anticiper la «publicité» que cette décision allait faire à cette affaire et à la cause défendue par les protagonistes.

La discussion s’ouvre alors sur une troisième thématique, celle de la marge de manœuvre des juges dans l’application des lois. «Il y a les lois, la façon dont on les applique et ceux qui sont chargés de les faire appliquer», relève le Prof. Gianfranco Soldati. C’est dans les motivations des juges que les philosophes voient un intérêt.

Erreur juridique ou appréciation
«Qu’est-ce qui explique que, sur une même affaire, trois instances juridiques distinctes aient trois avis différents? s’interroge Andrea Schlatter, doctorante en philosophie du droit. Est-ce qu’on est face à une erreur juridique? Ou est-ce que les convictions et les émotions du juge vont le mener à prendre de la distance?»

Les différent·e·s intervenant·e·s étaient d’accord sur un aspect: l’application d’une loi n’est pas quelque chose d’automatique, mais passe par une interprétation. «Un juge doit parfois avoir l’audace de se départir des jurisprudences existantes; sans cela, le droit ne peut pas évoluer, affirme Michel Heinzmann. Les droits des femmes sont un exemple de ce type d’évolution où des juges ont estimé que les lois, et surtout l’interprétation qu’on en avait faite, n’étaient plus en adéquation avec les réalités de la société. Leurs décisions ont entraîné des changements législatifs.»

Quant à la question de savoir si l’état de nécessité était le bon moyen d’empoigner le problème climatique, elle n’aura pas trouvé de réponse durant ce workshop. Ni même durant l’apéritif qui a suivi cette séance, réunissant l’ensemble des participant·e·s. Et Michel Heinzmann de conclure: «Mais le fait qu’on en débatte ce soir et que les médias aient autant couvert cette affaire laisse à penser qu’on peut parler d’une réussite pour les activistes…»

Dans la foulée de l’Accord de Paris de 2015, qui vise à limiter à 1,5 degré l’élévation générale de la température par rapport à l’ère préindustrielle, les gouvernements nationaux y vont chacun de leurs objectifs climatiques. Or, plus la notion d’urgence environnementale s’impose dans l’esprit collectif, plus une constatation fait son chemin: pour parvenir à contenir drastiquement le réchauffement, il ne suffira pas aux habitants de la planète de réduire leurs émissions. Selon de nombreux scientifiques et politiciens, le recours à des interventions techniques à grande échelle visant à agir directement sur le système climatique est inévitable.
Parfois réunies sous le terme de «géo-ingénierie», ces techniques peuvent être séparées en deux grandes catégories. La plus extrême – et par conséquent la plus controversée – contient les technologies de gestion du rayonnement solaire, ou SRM. Elles cherchent à lutter contre l’un des symptômes du changement climatique, le réchauffement. Pour y parvenir, la réflexion du rayonnement solaire est augmentée artificiellement dans l’atmosphère ou à la surface de la Terre. Parmi les technologies utilisées figure l’introduction d’aérosols dans les couches supérieures de l’atmosphère ou encore l’éclaircissement des nuages grâce à l’ajout de germes de condensation.
La seconde catégorie réunit les technologies visant à éliminer certaines émissions de CO₂ liées aux activités humaines de l’atmosphère. Elles sont communément appelées technologies d’émission négative, ou NET, et ont pour but de contrer la principale cause du changement climatique. En septembre 2020, le Conseil fédéral a rendu un rapport en réponse à un postulat déposé au Conseil national. Il estime qu’il est devenu indispensable de produire des émissions négatives pour atteindre les objectifs climatiques, qu’ils soient internationaux (contenir le réchauffement climatique à 1,5 degré) ou nationaux (atteindre la neutralité carbone d’ici 2050). Par contre, à l’image de celle de la plupart des autres pays, la politique climatique de la Suisse n’intègre pas activement le SRM, jugé trop risqué et pas assez durable.

Science-fiction?
Assistante diplômée auprès de l’Institut UniFR_ESH (����Volg Environmental Sciences and Humanities Institute), Hanna Schübel rappelle que les NET recoupent diverses techniques de captage du CO₂. «La plus simple et la plus intuitive est celle du reboisement», précise-t-elle. Parmi les autres voies explorées figure la filtration directe du CO₂ dans l’air, telle que la pratique la très médiatisée start-up zurichoise Climeworks. «Il s’agit d’une piste intéressante; mais il reste des problèmes à régler, notamment celui du stockage à long terme.» Elle aussi souvent évoquée, la BECCS (bioénergie avec captage et stockage du carbone), qui combine en quelque sorte les deux technologies pré-citées, pose pour sa part «la question des éventuels risques environnementaux, notamment au niveau de la biodiversité».
Les NET comportent donc plusieurs zones d’ombre. Au point que leurs détracteurs n’hésitent pas à dire qu’elles relèvent de la science-fiction. «Les technologies d’émission négative sont bien réelles», rétorque Hanna Schübel. Reste que pour l’heure, elles n’ont été testées qu’à petite échelle. «Leur mise en œuvre pratique est encore lacunaire; il manque notamment des infrastructures et, dans certains cas, un cadre légal.» La doctorante, qui rédige une thèse sur les aspects éthiques liés à la gouvernance des NET, cite l’exemple de la sécurité alimentaire. «Si l’on prend les cas de la BECCS ou du reboisement: ces technologies étant très gourmandes en terres, il y a dès lors mise en compétition avec l’agriculture.» Dans certaines régions du monde, l’accès déjà difficile à la nourriture pourrait devenir encore plus délicat; et les inégalités à l’échelle mondiale s’en trouver renforcées.

Maintenir les efforts de réduction des émissions
Dans ce contexte, la chercheuse souligne l’importance d’une vision globale de la problématique. Soucieux d’inscrire – entre autres – les défis éthiques posés par la géo-ingénierie en matière de sécurité alimentaire, l’Institut UniFR_ESH s’est chargé de l’organisation de l’édition 2021 du congrès de l’EurSafe, la European Society of Agricultural and Food Ethics. Lors de cette conférence internationale et interdisciplinaire – qui s’est tenue en ligne, Covid-19 oblige –, plus de 60 présentations et débats ont été proposés aux participants. Ils portaient sur des thèmes tels que la sécurité alimentaire dans un contexte de réduction des émissions, l’adaptation de l’agriculture pour garantir la sécurité alimentaire ou encore la géo-ingénierie et son impact sur l’agriculture et la terre.
De façon plus large, parmi les autres problématiques qui occupent les spécialistes de l’éthique du climat – une discipline scientifique qui ne date que d’une vingtaine d’années – figure celle des risques potentiels que représentent les NET pour les générations futures, notamment celui du stockage à grande échelle de CO₂. Ou encore la question des lieux d’implantation des installations de filtrage, captage et stockage, «pour éviter que les petits émetteurs ne trinquent pour les grands, renforçant encore la fracture Nord-Sud». Sans oublier l’importance de sensibiliser au fait que même s’il existe des technologies permettant d’intervenir directement sur le climat, «elles ne remplacent en aucun cas les efforts de réduction des émissions de CO₂», insiste Hanna Schübel. Ces technologies «ne doivent être envisagées que pour éliminer les émissions que nous ne pouvons pas éviter». Ce d’autant que leur application concrète comporte encore de nombreux points d’interrogation.

Hanna Schübel est doctorante et assistante diplômée auprès de l’Institut UniFR_ESH (����Volg Environmental Sciences and Humanities Institute). Baptisé «Ethics in Governing Negative Emission Technologies», son projet de thèse porte sur la question de la gouvernance des technologies d’émission négative et leur implication en termes de responsabilité morale individuelle. Parallèlement à l’éthique du climat, Hanna Schübel s’intéresse en particulier à la sécurité alimentaire, à l’éthique numérique et à la biodiversité.

Episode 3. Mathilda vom Klimastreik Appenzell und St. Gallen hat ihren Aktivismus nach Freiburg mitgenommen. In diesem Podcast spricht sie über Ziele und zivilen Ungehorsam – ganz gesittet.

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• Das ist diese ganz besondere Ecke der Unifr. Ein soziokulturelles Zentrum von und für Studierende und noch Vieles mehr. Aber schauen Sie doch selbst auf und !

Benno Staub, der Permafrost ist seit Jahren im Schmelzen begriffen…
Da Permafrost nicht zwingend Eis enthalten muss, spricht man eher vom «Auftauen» als vom «Schmelzen» des Permafrosts. Zudem ist Permafrost rein thermisch definiert als «dauerhaft gefrorener Boden». Stark vereinfacht gleicht der Auftauprozess des Permafrosts folgender Alltagssituation: Ein Brot wird aus dem Gefrierfach genommen und bei Raumtemperatur aufgetaut. Von aussen nach innen nimmt die Temperatur stetig zu, allfällig vorhandenes Eis wird beim Überschreiten des Schmelzpunkts zu Wasser. Dass der Gebirgs-Permafrost in der Schweiz langsam aber stetig wärmer wird und in immer grössere Tiefen auftaut, belegen diverse Messungen, welche im Rahmen des Schweizer Permafrostmessnetzes PERMOS durchgeführt werden.

Was sagen denn die jüngsten Zahlen?
Den direkten Beweis für die Erwärmung des Permafrosts liefern Temperaturmessungen in knapp 30 Bohrlöchern mit maximalen Erwärmungsraten von über +0.5 °C innerhalb der letzten 5 Jahre. An warmen Standorten mit Bodentemperaturen nahe des Schmelzpunkts ist die Temperaturveränderung zwar viel geringer (wenige Hundertstelgrad pro Jahr), beispielsweise am Schilthorn (2910 m ü.M.) in den Berner Alpen. Dies liegt hauptsächlich an der so genannten «latenten Wärmeenergie» , welche für die Schmelze von Eis aufgewendet werden muss. Dennoch zeigen geophysikalische Messungen an demselben Standort seit Jahren eine Abnahme der elektrischen Widerstände im Boden – nie wurden in den letzten 16 Jahren tiefere Werte gemessen als 2015 und 2016: Dies ist ein Hinweis für ein Ansteigen des relativen Anteils flüssigen Wassers im Permafrost. D.h. die Veränderungen beschränken sich nicht auf die Bodentemperatur! Eine weitere direkt an der Oberfläche sichtbare Veränderung ist die aussergewöhnlich Bewegungsaktivität von Blockgletschern: Diese aus Gesteinsblöcken und Eis bestehenden Schuttmassen kriechen seit einigen Jahren um ein Vielfaches schneller talwärts als noch vor 20 Jahren, derzeit vielerorts mit mehreren Metern pro Jahr. Zum Vergleich: In vielen Lehrbüchern ist zu lesen, dass sich Blockgletscher bloss einige Zentimeter pro Jahr bewegen…

Wird sich die Gebirgslandschaft also grundlegend verändern?
Wie allgemein in der Umwelt geschehen die Veränderungen in Reaktion auf die Klimaerwärmung auch im Permafrost nicht von heute auf morgen und sind zusätzlich von kurzfristigen Witterungseinflüssen überlagert. Schwankungen der Lufttemperatur, Sonneneinstrahlung und der Schneefälle führen zu einer hohen Variabilität der Bodenoberflächentemperatur und machen uns Forschern die Arbeit nicht gerade leicht. Doch gehen wir zurück zum Alltagsbeispiel: Wer das gefrorene Brot unmittelbar nach der Entnahme aus dem Gefrierfach verzehren will, stellt fest: Dieser Prozess braucht Zeit. Auch wenn die Kruste schon weich ist, kann das Brot im Innern noch steinhart gefroren sein. Übertragen auf die Erwärmung des Permafrosts in unseren Bergen braucht es sogar sehr viel Zeit, denn mit zunehmender Tiefe verzögert sich der Temperaturanstieg gegenüber der Oberfläche. In zehn Metern Tiefe sind Temperaturschwankungen gegenüber der Oberfläche etwa sechs Monate verzögert, in 20 Metern beinahe ein Jahr. In grösserer Tiefe sind die Temperaturen deshalb immer durch die Witterungsverhältnisse der Vergangenheit mitbeeinflusst.

Der Boden als Langzeitgedächtnis?
Könnte man so sagen. Das gegenwärtige Klima ist nicht mit den langfristigen Bedingungen der letzten 150 Jahre vergleichbar. Die in Bohrlöchern gemessenen Temperaturen zeigen über die letzten 10-20 Jahre eine markante Erwärmung in der Tiefe. Dieser Erwärmungstrend ist stärker ausgeprägt als an der Bodenoberfläche und an den eher kalten Standorten mit Temperaturen unter -1°C besonders deutlich sichtbar. So ist zum Beispiel die Bodentemperatur am Gipfel des Stockhorns (3400 m) bei Zermatt (VS) in den letzten fünf Jahren von -2.6 auf -2.0 °C angestiegen – eine sehr schnelle Temperaturänderung in 20 Metern Tiefe. Ursache sind die seit 2009 anhaltend warmen Bedingungen an der Bodenoberfläche.

Liesse sich dieser Erwärmungstrend überhaupt stoppen oder zumindest bremsen?
Dass es möglich ist, den Erwärmungstrend im Permafrost kurzzeitig zu unterbrechen, haben die extrem kalten und schneearmen Winter 2004/05 bis 2006/07 gezeigt: Damals stagnierten die Temperaturen zwischenzeitlich, sogar in 20 Metern Tiefe. Eine nachhaltige Abkühlung bis in tiefere Bodenschichten erfordert anhaltend kalte Bedingungen an der Bodenoberfläche. Hierfür spielt der Schnee eine Schlüsselrolle – aber mehr dazu später. In Anbetracht der fortschreitenden Klimaerwärmung scheint mittel- und längerfristig eine Trendumkehr zu stagnierenden oder abkühlenden Permafrosttemperaturen illusorisch. Zu gross ist das Ungleichgewicht zwischen dem Permafrost und der Temperatur an der Bodenoberfläche – in unseren Alpen ebenso wie im hohen Norden. Es gibt keine wissenschaftlichen Hinweise auf ein Ende dieses Erwärmungstrends, denn die Klimaerwärmung schreitet voran. An vielen unserer Messstandorte in den Alpen sind sowohl die Lufttemperaturen als auch die oberflächennahen Bodentemperaturen heute im Jahresmittel positiv, dies auf über 2500 m ü.M.! Wollen wir die Erwärmung des Permafrosts in Grenzen halten, so müssten wir primär die Klimaerwärmung bekämpfen. Mit einem möglichst nachhaltigen Lebensstil können wir dazu auch als Individuen einen wichtigen Beitrag leisten.

Welche Bedingungen sind günstig für den Permafrost?
Kommen wir zurück zum Schnee: Unsere Messungen zeigen, dass die Zeitpunkte des Einschneiens im Frühwinter und des Ausaperns im Sommer entscheidend sind für die Variabilität der Temperaturen an der Bodenoberfläche von Jahr zu Jahr. Mit seinem hohen Gehalt an Luft ist Neuschnee ein guter thermischer Isolator. Fällt er früh, z.B. schon im September oder Oktober, verbleibt die während des Sommers gespeicherte Wärme im Boden. Fällt der Schnee spät, so kann der Boden diese Wärme an die Luft abgeben. Besonders effektiv ist dies bei wolkenlosem Himmel in der Nacht durch maximale langwellige Abstrahlung. Auch im Frühjahr und im Sommer beeinflusst Schnee die Bodentemperatur, diesmal jedoch umgekehrt: Je später der Boden ausapert, desto länger bleibt er vor der sommerlichen Erwärmung geschützt. Dieser Mechanismus gilt für einen Grossteil der von Permafrost beeinflussten Landschaft in der Schweiz. Eine wichtige Ausnahme sind sehr steile oder windexponierte Standorte, an denen nie oder kaum Schnee haften bleibt. Dort entwickelt sich die Temperatur an der Felsoberfläche ähnlich wie jene der Luft. Solche steilen Felswände sind derzeit äusserst warm.

Wie schätzen Sie den Winter 2016/17 ein in Bezug auf den Permafrost?
Während wir im Flachland bei relativ kalten Temperaturen oft im Nebel sassen, war der letzte Dezember in den Bergen ausserordentlich sonnig, warm, trocken und auch nachts meist wolkenlos. In der Höhenlage des Permafrosts auf über 2500 m ü.M. ist die Schneearmut in vielen Regionen noch immer markant. Nahezu ideale Bedingungen also für die winterliche Auskühlung der oberflächennahen Bodenschichten. Ich vermute deshalb, dass ein Grossteil der über 250 aktiven Temperaturlogger derzeit eher tiefe Oberflächentemperaturen registrieren. Quantifizieren lässt sich dies jedoch erst im nächsten Sommer, wenn der Schnee geschmolzen ist und die Daten ausgelesen wurden.

Entwicklung der Lufttemperatur im Hochgebirge seit 1900 im Vergleich mit ausgewählten Bohrlochtemperaturen und photogrammetrisch rekonstruierten Blockgletscherbewegungen

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• Fotos: Luc Braillard, Reynald Delaloye, Jeannette Noetzli, Benno Staub
• von Dr. Benno Staub
• (PERMOS)

Benno Staub, wer ist von einem Auftauen des Permafrosts betroffen?
Diese Frage dürfte in verschiedenen Teilen der Welt ganz unterschiedlich beantwortet werden. Bei uns im Alpenraum tritt Permafrost, dauerhaft gefrorener Untergrund, ab ca. 2500m verbreitet auf. Erwärmt sich der Permafrost gegen 0°C, so kann die Stabilität dieses Bodenmaterials abnehmen und die darunter liegenden Gebiete eventuell gefährden, zumindest vorübergehend und lokal. Wo, wie und wann genau es zu erhöhter Steinschlagaktivität oder zu Murgängen kommen kann, ist jedoch kaum vorhersehbar – eine Herausforderung für Alpenländer wie die Schweiz. Die Erwärmung des Untergrunds stellt aber auch Gebiete im hohen Norden vor Probleme: Dort kommt Permafrost oft grossflächig vor und dessen Auftauen gefährdet Infrastruktur, kann die Erosion an Küsten beschleunigen und möglicherweise sehr viel zusätzliches Treibhausgas in die Atmosphäre freisetzen, z.B. wenn Sümpfe in Sibirien bis in grössere Tiefe auftauen. Letzteres würde die Klimaerwärmung zusätzlich beschleunigen, eine sogenannt „positive Rückkoppelung“ mit äusserst negativen Folgen. Einem intakten Permafrost kommt daher, auch aus der Perspektive des Menschen und diverser Ökosysteme, eine grosse Bedeutung zu.

Stehen diese Entwicklungen in direktem Zusammenhang mit dem Klimawandel?
Ja, zumindest auf Zeitskalen von Jahrzehnten bis Jahrhunderten. Die Temperatur im Untergrund wird sich mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung den wärmeren Lufttemperaturen anpassen. Allerdings reagiert der Permafrost träge auf Temperaturschwankungen der Luft, v.a. wenn der Boden viel Feuchtigkeit oder Eis enthält. Die Erwärmung von -3 auf -1°C kann relativ schnell erfolgen, aber das Abschmelzen von Eis benötigt dann sehr viel Energie und Zeit. Dies zeigt sich auch bei den Messungen, welche im Rahmen des Schweizer Permafrostmessnetzes (PERMOS) gemacht werden: Temperaturmessungen in 10-20m Tiefe, zeigen generell eine Erwärmung seit Beginn des Monitorings vor ca. 15-25 Jahren. An kühlen Standorten ist diese Erwärmung deutlicher als im Bereich relativ warmer Bodentemperaturen nahe an 0°C. Die Erwärmung im Untergrund bewirkt auch eine Beschleunigung der Bewegungsaktivität von Blockgletschern (siehe Animation) und zwar überraschend synchron im gesamten Alpenraum. Auch diese Beobachtung zeigt den grossen Einfluss des Klimas auf den Permafrost.

Was sind die direkten Langzeitauswirkungen für uns in der Schweiz?
Wir erleben derzeit die rasanteste Erwärmung der Atmosphäre seit Menschengedenken, eine Trendumkehr ist nicht in Sicht. Aufgrund der Trägheit des Klimasystems und des Energieaustauschs zwischen Atmosphäre und Untergrund ist die Erwärmungstendenz des alpinen Permafrosts kaum mehr zu bremsen. Im Zeitraum der nächsten Dekaden bedeutet dies eine schrittweise Erwärmung des Permafrosts und eine Verschiebung der Permafrostuntergrenze in höhere Lagen. Vor allem in der Übergangszeit von kalt und gefroren zu warm und ungefroren ist eine erhöhte Hanginstabilität und eine Häufung von Steinschlagereignissen möglich, die konkreten Folgen sind aber schwer prognostizierbar. Langfristig, im gänzlich aufgetauten Zustand, könnte sich die Situation dann wiederum beruhigen. Doch im Vergleich zu vielen Gletschern wird der Permafrost dem warmen Klima länger die Stirn bieten, insbesondere wenn er viel Eis enthält.

Die Bewegungen des Gemmi-Blockgletschers im Zeitraffer.

Ist der aufgetaute Permafrost für immer verloren oder kann er auch wieder gefrieren?
In entsprechend kühlen Bedingungen (deutlich unter 0°C) kann sich Permafrost neu bilden oder ausdehnen. Ist zugleich Feuchtigkeit vorhanden, so kann sogar neues Untergrundeis entstehen. In der aktuellen Klimasituation ist dieses Szenario aber unrealistisch, Orte an denen derzeit neuer Permafrost entsteht sind die Ausnahme. Bei uns in den Alpen hat das Gelände einen grossen Einfluss auf das Mikroklima an der Bodenoberfläche. Insbesondere der Zeitpunkt des Einschneiens und des Ausaperns steuert die Temperaturschwankungen im Untergrund in der Zeitskala von Jahren bis Jahrzehnten, denn auf 2500m ü.M. bleibt der Boden im Extremfall nur zwei bis drei Monate schneefrei. Je später der Schneefall im Winter und je später das Ausapern im Sommer, desto intensiver kann der Boden im Vergleich zur Lufttemperatur gekühlt werden. In diesem Sinne war die Schneesituation im Winter 2015/16 bisher „permafrostgünstig“ und kann den Erwärmungseffekt der Hitzeperiode im Sommer 2015 auf den Permafrost teilweise kompensieren. Da aber auch die letzten Jahre sehr warm waren, ändert dies an den derzeit äusserst warmen Bedingungen im Permafrost wenig (Link Medienmitteilung: http://www.unifr.ch/news/de/15486/).

Kontakt: PERMOS Office, Departement für Geowissenschaften, Universität Freiburg, Jeannette Nötzli, +41 81 417 03 75, jeannette.noetzli@slf.ch, Benno Staub, +41 26 300 90 20, benno.staub@unifr.ch