Mysterium am Meeresgrund - wissenschaft.de
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Mysterium am Meeresgrund

Methaneis – ein Rohstoff wird immer suspekter. Tausende von Gigatonnen Kohlenstoff ruhen weltweit verteilt als Methaneis am Meeresboden. Die erstarrte Mischung aus Wasser und dem Treibhausgas Methan ist brisant: Das brennbare Eis könnte alle Energieprobleme lösen – in ihm tickt aber auch eine Zeitbombe fürs Klima.

Das Treibhausgas

Das Klima droht zu kippen: Immer mehr Kohlendioxid gelangt in die Luft und verschärft den Treibhauseffekt. Experten rechnen deshalb mit verheerenden Wirbelstürmen, Dürren und Flutkatastrophen. Hauptursache sind die Abgase durch unseren gewaltigen Energieverbrauch. Doch was uns blüht, ist keine Ausnahme: Das Klima geriet schon einmal aus dem Tritt, ohne Zutun des Menschen – vor 55 Millionen Jahren im Paläozän, 10 Millionen Jahre nach dem Verschwinden der Dinosaurier. Die Temperaturen stiegen auf dem gesamten Planeten um etwa vier Grad. Wie Bohrkerne verraten, starben im Meer massenhaft Mikroorganismen aus. Auf dem Land machten sich dank der plötzlich angenehmen Temperaturen die Vorfahren der heutigen Säugetiere in der ganzen Welt breit und verdrängten die bis dahin die Erde beherrschenden eierlegenden Säugetiere. Seit kurzem kennen die Forscher den Grund für die Hitzewelle: Große Mengen von Methanhydrat, einer festen Verbindung aus Wasser (H2O) und Methan (CH4), hatten sich aufgelöst. Davon zeugen viele Indizien weltweit. So ist in den Kalkschalen kleiner Meereslebewesen und in den Zähnen von Säugetieren aus dieser Zeit sehr viel „leichter“ Kohlenstoff (12C) eingebaut, wie er in Methanhydrat vorkommt. Die Forscher sind überzeugt: Das Treibhausgas Methan perlte damals plötzlich an vielen Stellen weltweit aus dem Meeresboden. Auf seinem Weg durchs Wasser wurde es dabei größtenteils zu Kohlendioxid oxidiert. Beide Treibhausgase gelangten schließlich in die Atmosphäre und heizten das Klima auf. Dieses gigantische Klimaexperiment der Vorzeit ist beängstigend brisant. Denn auch heute durchsetzt Methanhydrat – oder „Methaneis“ – vor den Küsten der meisten Kontinente die obersten 500 bis 2000 Meter des Meeresbodens, vor allem an den steilen Kontinentalhängen. Auch in den arktischen Permafrostgebieten ist der leicht brennbare Stoff verborgen, wie seismische Messungen und Bohrungen gezeigt haben. Nach gängigen Schätzungen sind weltweit 10 000 bis 15 000 Gigatonnen Kohlenstoff als Methanhydrat gespeichert. Diese Zahl ergibt sich, wenn man die – relativ spärlichen – Daten aus den Bohrungen und seismischen Messungen auf alle Gebiete weltweit hochrechnet, in denen die Bedingungen für Methaneis günstig sind. Niemand weiß, wie diese riesigen Mengen auf die vermutete Temperaturerhöhung der nächsten Jahrzehnte reagieren werden: Der steigende Meeresspiegel sollte das Eis eigentlich durch den erhöhten Druck stabilisieren. Falls aber der Kreislauf der Meeresströmungen ins Stocken gerät, insbesondere die Tiefenwasserbildung im Nordatlantik versiegen sollte, könnte wärmeres Wasser in die Tiefsee vordringen und das Eis schmelzen – wie im Paläozän. Die damalige Erwärmung könnte zudem ähnlich abgelaufen sein wie der heute vom Menschen verursachte Treibhauseffekt. Innerhalb von 1000 Jahren bläst die Menschheit schätzungsweise 2000 bis 4000 Gigatonnen Kohlenstoff in die Atmosphäre. Im Paläozän gelangten etwa 1000 Gigatonnen Kohlenstoff in einem ähnlich kurzen Zeitraum in die Luft, schlossen Richard Norris von der Woods Hole Oceanographic Institution in den USA und Ursula Röhl von der Universität Bremen aus der Analyse eines Bohrkerns aus dem Westatlantik vor Florida. Es dauerte rund 140000 Jahre, bis der überschüssige Kohlenstoff wieder vom Meerwasser aufgenommen oder in Kalkgestein eingebaut war. Auslöser für die Katastrophe könnten nach Meinung von Santo Bains von der britischen Oxford University Erdbeben oder Vulkanausbrüche gewesen sein. Da das Methaneis nur bei dem hohen Druck in mehr als 500 Meter Wassertiefe und Temperaturen um den Gefrierpunkt stabil ist, könnten heftige Erschütterungen oder die Hitze eines Vulkanausbruchs ausgereicht haben, um ein Hydratreservoir aufzulösen. Experten vermuten zudem, daß es unter der obersten, mehrere hundert Meter dicken Methaneisschicht freies Methangas gab, das durch Erschütterungen bis zum Wasser gelangt sein könnte. Was auch immer den Methanrülpser vor 55 Millionen Jahren ausgelöst hat: Danach kam es zu einer Kettenreaktion. Die erste Erwärmung brachte die Meeresströmungen durcheinander und heizte das Tiefenwasser auf. Darauf lösten sich immer mehr Hydratspeicher auf, was den Treibhauseffekt weiter verstärkte. Eine Katastrophe, die sich demnächst wiederholen wird? Die Bermuda-Blasen Am 5. Dezember 1945 brechen bei strahlendem Sonnenschein fünf Torpedo-Bomber der US-Navy zu einem Übungsflug von Fort Lauderdale in Florida in Richtung Bahamas auf. Eine halbe Stunde vor der erwarteten Rückkehr empfängt der Tower rätselhafte Funksprüche: Der Staffelführer berichtet über unerklärliche Kompaßabweichungen und seltsame Lichterscheinungen. Kurz darauf bricht der Funkkontakt ab. Weder von den fünf Flugzeugen noch von der Besatzung wird irgend etwas gefunden. Von einem Suchflugzeug fehlt ebenfalls jede Spur. Für das Verschwinden dieses und anderer Flugzeuge und Schiffe vor der Küste Floridas hat der Geochemiker Richard McIver eine verwegene Theorie: gewaltige Methaneis-Rutschungen am Meeresgrund. Tatsache ist, daß das Eis im Porenraum des schlammigen Meeresbodens wie Zement wirkt – besonders an den Kontinentalhängen, wo der Meeresboden steil zur Tiefsee abfällt. Das Bermuda-Dreieck mit seinen drei Spitzen in Florida, Puerto Rico und vor den Bermuda-Inseln überdeckt genau den Kontinentalhang des amerikanischen Kontinents. Löst sich dort Methaneis auf, kann es zu großen Rutschungen kommen. Indizien dafür stecken wiederum in dem Bohrkern aus dem Westatlantik: Gleichzeitig mit dem Verschwinden der Mikroorganismen lagerte sich eine 20 Zentimeter dicke Schlammschicht ab, die Miriam Katz und ihre Kollegen an der Rutgers University in New Jersey kürzlich untersuchten. Der Schlamm enthält Trümmer desselben Materials – genau wie man es hangabwärts von einem Methan-Ausbruch erwarten würde. Eine solche Rutschung kann auf jeden Fall Tsunamis auslösen: haushohe Flutwellen, die nach Seebeben gefürchtet sind. Aber kann sie auch ganze Schiffe in die Meerestiefe reißen? Tatsächlich stimmen die Gebiete vor der Küste Floridas, in denen man Rutschungen beobachtet hat, mit der Position von Methaneis-Feldern recht gut überein. Wenn eine Methaneis-Schicht in Bewegung kommt, so die Überlegung von McIver, könnte freies Gas aus darunterliegenden Schichten in großen Blasen aufquellen. Gerät ein Schiff oder ein Flugzeug in eine solche Blase, hat es nicht mehr genügend Auftrieb und wird ohne Vorwarnung in die Tiefe gezogen. „ Theoretisch ist das möglich“, räumt William Dillon ein. Doch nach Meinung des Projektleiters für Gashydratforschung beim amerikanischen Geologischen Dienst gibt es keine Hinweise darauf, daß im Bermuda-Dreieck überhaupt außergewöhnlich viele Schiffe verschwinden. Anders Thomas Gold: Der Geowissenschaftler von der Cornell University macht Methangas-Ausbrüche sogar für die vier Flugzeugabstürze vor der amerikanischen Nordostküste in den letzten Jahren verantwortlich. Sowohl beim Absturz der TW 800 im Juli 1996 als auch bei den Unfällen der Swissair 111 im September 1998, des Flugzeugs von John F. Kennedy jr. und der EgyptAir 990 im Oktober 1999 gibt es laut Gold keine „normale“ Erklärung für das Unglück. In allen vier Fällen muß ein plötzliches Ereignis den Absturz verursacht haben, das es dem Piloten unmöglich machte, vorher noch irgendwelche Details zu funken. Auch wenn Gold in Fachkreisen sehr umstritten ist: Es wurden in der Tat vor und nach dem TW 800-Absturz und dem EgyptAir-Crash Gasflammen und Feuerbälle in der Nähe der Küste beobachtet – möglicherweise brennendes Methan. Gold vermutet, daß leichte Erdbeben das Methan aus dem Untergrund losgetreten haben. Das Gas könnte die Flugzeuge in Brand gesetzt haben. Manche Wissenschaftler sind zwar skeptisch, wie das freie Methangas durch eine 500 Meter dicke Eisschicht und einige hundert Meter Wasser an die Luft gelangen soll, doch für kleinere Gasausbrüche am Meeresboden gibt es durchaus Hinweise: Geologen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover fanden auf Expeditionen in der arktischen Laptewsee und vor Pakistan – beides Gebiete, in denen reichlich Methanhydrat vorkommt – am Meeresboden sogenannte Pockmarks: Krater von 20 bis 30 Metern Durchmesser, die offenbar durch Gasausbrüche entstanden sind. Auf einer Expedition des deutschen Forschungsschiffs Sonne im vergangenen Jahr beobachteten Forscher vom Zentrum für marine Geowissenschaften (Geomar) in Kiel erstmals, wie Methanblasen ins Wasser sprudelten: Vor der Küste des US-Bundesstaates Oregon untersuchten deutsche und amerikanische Forscher den „ Hydratrücken“, ein Unterwassergebirge von der Größe des Harz, das besonders reich an Methaneis ist. Bei Tauchgängen mit dem Forschungs-U-Boot Alvin entdeckten die Wissenschaftler mehrere 15 Zentimeter große Schlote, aus denen Gasblasen perlten. Der Geologe Dr. Gerhard Bohrmann vom Geomar vermutet, daß das Gas aus Bereichen unterhalb der Methanhydrat-Schicht stammt, die hier 140 Meter dick ist, wie seismische Messungen gezeigt haben. „Das Methan muß schlagartig durch die Hydratzone schießen – sonst würde es dort gefrieren“, ist Bohrmann überzeugt. Ähnliches muß bei den Pockmarks passieren: Auch dort stammt das Gas vermutlich aus einem Reservoir unterhalb der festen Hydratschicht. Für riesige Gasblasen, die ganze Schiffe verschlucken, gibt es dort allerdings keinerlei Indiz. Die Oase Die Tiefsee ist ein trauriger Ort: Am Meeresboden warten ein paar Seegurken, Schlangensterne und Armfüßer auf herabrieselnde Nahrungsreste von oben. Einzelne Raubfische versuchen, durch leuchtende Tentakel Beutetiere anzulocken. Die ewige Nacht macht Pflanzen ein Dasein unmöglich. Doch an manchen Stellen gedeiht üppiges Leben: Weiße Muscheln, Borsten- und Röhrenwürmer tummeln sich an kalten Sickerstellen. Was an diesen Cold Seeps aus dem Meeresboden sickert, sind Erdöl und Methan – ein fast untrügliches Zeichen für die Nähe eines Methanhydrat-Reservoirs. Die energiereichen Kohlenwasserstoffe sind zusammen mit Schwefelwasserstoff das „ Licht“ der üppigen Lebensgemeinschaft. Die Bakterien nutzen die Energie von Methan und Schwefelwasserstoff, um Kohlenhydrate zu bilden, die dann von den anderen Bewohnern der Cold Seep verspeist werden. Die Bakterien bedecken den hydrathaltigen Meeresboden oft in dicken Matten, wie die Geomar-Wissenschaftler am Hydratrücken beobachtet haben. Die Röhrenwürmer und Muscheln leben mit den Bakterien in Symbiose: Sie versorgen die Bakterien mit Nährstoffen und Sauerstoff und erhalten dafür Kohlenhydrate. Eine Reihe anderer Tiere – Fische, Krabben und Mollusken – nutzen die chemosynthetischen Lebensgemeinschaften als Futterquelle. Ein exzentrischer Bewohner der Cold Seeps wurde erst 1997 entdeckt: Im Golf von Mexiko beobachteten Forscher um Charles Fisher von der Pennsylvania State University auf einer Expedition einen Brocken Methanhydrat, auf dem es von den rosafarbenen Polychaeten (Vielborstern) nur so wimmelte. Die bis zu vier Zentimeter großen Würmer der Art Hesiocoeca methanicola schmelzen sich kleine Vertiefungen ins Methanhydrat, das hier offen zutage tritt. An Stellen, wo Sedimente obenauf liegen, scheinen die Wurmlöcher bis ins Hydrat zu reichen. Offenbar leben auch die Eiswürmer mit Methanbakterien zusammen. Doch die Lebenswelt am Gas ist noch weitgehend Terra incognita. Der Rohstoff Im März 1998 treffen kanadische und japanische Geologen im MacKenzie-Delta im Nordwesten Kanadas bei einer Testbohrung in knapp 900 Meter Tiefe auf Methanhydrat – und sie bringen den bröckeligen grauen, mit weißen Eisbröckchen durchsetzten Schlamm an die Erdoberfläche. Als die Wissenschaftler kleine Klumpen in eine Schüssel mit Wasser legen, sprudelt es wie in einem Whirlpool – das energiereiche Gas Methan, der Hauptbestandteil von Erdgas, entweicht aus dem Gashydrat. Das unscheinbare Methanhydrat ist eine unermeßliche Energiequelle: Selbst konservative Schätzungen gehen davon aus, das doppelt soviel Kohlenstoff im Methanhydrat gespeichert ist wie in allen anderen bekannten fossilen Rohstoffvorräten zusammen. Methanhydrat könnte die Menschheit also über Jahrtausende hinaus mit Energie versorgen. Das amerikanische Department of Energy ist überzeugt, daß der Energieverbrauch der Vereinigten Staaten bis zum Jahr 2020 um 30 Prozent zunimmt, wobei der Anteil der fossilen Energie von 85 auf 90 Prozent klettert. Der Kongreß genehmigte daher kürzlich die ersten 42 Millionen Dollar für ein Programm, das die Erschließung von marinen Gashydraten bis 2015 ermöglichen soll. Denn bisher tappen die Ingenieure im Dunkeln, wie sich Methanhydrat abbauen läßt. „Es gibt noch keine Technologie, um den Stoff zu gewinnen“, sagt Scott Dallimore vom Geologischen Dienst von Kanada (GSC). „ Wir wissen zu wenig über diese Lagerstätten.“ Aufgestöbert werden die Vorkommen durch seismische Tests in der Nähe bekannter Erdölvorkommen. Doch unklar bleibt, wie konzentriert das Methanhydrat im Sediment ist. Da Methanhydrat nur in großen Wassertiefen stabil ist und sich beim Heben auflöst, gelang es bisher kaum, Brocken davon an Bord eines Forschungsschiffs zu bringen. Auch die Dimensionen der Lagerstätten sind weitgehend unbekannt. Zwar zeichnet sich die Unterseite der Hydratschicht meist deutlich in seismischen Messungen ab, aber es gibt nur wenige Hydratfelder, die bislang genau vermessen worden sind. Ein weiteres Problem: Während Erdöl und Erdgas in konventionellen Lagerstätten unter einer undurchlässigen Gesteinsschicht, etwa aus Schieferton, gefangen sind, müßte man bei Methanhydrat eventuell einen künstlichen Dekkel über die Felder legen. Sonst würde das Methan, wenn man es mittels Wärme oder Chemikalien aufgelöst hat, ins Meerwasser entweichen. Dabei ist das Bohren im Hydrat riskant: Wenn ein Teil des Methaneises abgebaut ist, nimmt der Druck ab. Dadurch kann das Hydrat instabil werden – und einen Hang ins Rutschen bringen. Besonders interessiert am energiereichen Eis ist Japan, das wenig eigene Ölvorräte, dafür aber reichlich Methanhydrat-Vorkommen besitzt. Die Japan National Oil Corporation (JNOC) versucht derzeit herauszufinden, ob es sich lohnt, Methanhydrat kommerziell zu fördern. Zusammen mit dem GSC bohrten die Japaner 1998 in den Permafrostboden der kanadischen Arktis im Mackenzie-Delta. „Bei unserer Testbohrung füllte das Gashydrat bis zu 80 Prozent des Porenraums“, berichtet Scott Dallimore. „Untersuchungen in Alaska und Sibirien haben Konzentrationen zwischen 50 und 80 Prozent ergeben. Marine Lagerstätten sind zwar größer, enthalten aber stets weniger als 20 Prozent Gashydrat.“ Das sibirische Messoyakha-Gasfeld, ebenfalls im arktischen Permafrost gelegen, ist der einzige Ort der Welt, an dem bereits Erdgas aus Gashydrat gewonnen wird. In den siebziger Jahren wurde in Messoyakha regelmäßig Erdgas abgebaut, seit Anfang der achtziger Jahre läuft die Produktion mit Unterbrechungen. Die Japaner machen jetzt auch mit den schwer zugänglichen Lagerstätten im Meer ernst: In einem Bohrprojekt vor der japanischen Pazifikküste, am Nankai-Trog, hat die JNOC im vergangenen Dezember mehrere Technologien erprobt, um Methanhydrat zu fördern. Über die Ergebnisse ist noch nichts bekannt. Scott Dallimore, der als Beobachter dabei war, verrät nur soviel: „Die Bohrung war erfolgreich.“ Methanhydrat – woher es kommt, was es ist Es sieht aus wie gewöhnliches, etwas bröckeliges Eis, fühlt sich kalt und glatt an, riecht nach nichts und verbrennt mit einer gelblich-blauen Flamme. Methanhydrat – Eis aus Wasser (H2O) und Methan (CH4) – bildet sich überall da in den Porenräumen des Meeressediments, wo genug organisches Material von oben herabrieselt, wo die Temperaturen niedrig und das Wasser tief genug ist. Neben den Kontinentalhängen sind sogenannte Akkretionskeile bevorzugte Lagerstätten – Stellen, wo die ozeanische Meereskruste gegen einen Kontinent stößt, wobei die Sedimente abgeschabt und in der Knautschzone keilförmig verdickt werden. Damit sich Methan bilden kann, müssen große Mengen organisches Material, also Reste toter Pflanzen oder Lebewesen, abgelagert werden – etwa durch Flüsse. Der kohlenstoffreiche Brei am Ozeanboden muß schnell von Meeresschlamm bedeckt oder im Akkretionskeil zusammengepreßt werden, damit die Pflanzenreste nicht durch aerobe Bakterien zu Kohlendioxid abgebaut werden. Statt dessen kommen Fäulnisbakterien zum Zuge, die keinen Sauerstoff benötigen: Methan en

Ute Kehse

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