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Methan aus dem Untergrund

Klimagefahr erwärmter Kalkstein?

Links: Satellitenbild von Nordsibirien. Die beiden Züge von Kalksteinformationen in Nordsibirien sind mit unterbrochenen gelben Linien markiert. Rechts oben: Satellitenmessungen der Methankonzentration in der Region vor der Hitzewelle; rechts unten: im August 2020. (Bild: N. Froitzheim & D. Zastrozhnov unter Verwendung von Daten von GHGSat, https://pulse.ghgsat.com/)

Müssen wir mit einem weiteren selbstverstärkenden Effekt des Klimawandels rechnen? Der Hitzesommer in Sibirien hat im vergangenen Jahr nicht nur Treibhausgase aus der Biomasse des tauenden Bodens freigesetzt, sondern vermutlich auch Methan aus Kalksteinformationen mobilisiert, berichten Forscher. Dies geht aus räumlichen und zeitlichen Vergleichen der Methankonzentrationen in der Luft Nordsibiriens mit geologischen Karten hervor. Weitere Untersuchungen sollen nun die Bedeutung dieser potenziellen Gefahr für die Entwicklung des Weltklimas weiter ausloten.

Viele Studien der letzten Jahre zeigen: In den nördlichen Breiten unseres Planeten macht sich die Erderwärmung besonders stark bemerkbar. Neben dem kontinuierlichen Anstieg der jährlichen Durchschnittswerte ist dabei auch mit häufigeren Extremereignissen zu rechnen. Ein Beispiel dafür war offenbar der Sommer 2020 in Sibirien: Die Temperaturen erreichten Werte, die weit über den langjährigen Spitzentemperaturen lagen. Für Klimaforscher drängte sich dabei geradezu die Frage auf, wie sich dies auf die Freisetzung von Klimagasen aus dem tauenden Permafrostboden der Region ausgewirkt hat. Denn die sogenannte Permafrost-Treibhausgas-Klima-Rückkopplung gilt als ein kritischer Faktor bei der weiteren Entwicklung der vom Menschen ausgelösten Erderwärmung.

Selbstverstärkender Treibhauseffekt

Durch den Verlust der stabilisierenden Wirkung des Eises ist der Effekt des Auftauens des Permafrostbodens bereits vielerorts deutlich sichtbar: Der Boden verliert seinen Halt und die Landschaft verändert sich. Durch den fehlenden „Tiefkühltruhen-Effekt“ wird dort im Boden gespeicherte Biomasse für die Zersetzung durch Mikroorganismen verfügbar. Bei diesem biologischen Abbauprozess setzen sie Kohlendioxid frei sowie das weitaus stärkere Treibhausgas Methan. „Methan kommt zwar nur in geringer Konzentration vor, ist dabei aber besonders gefährlich, da sein Erwärmungspotenzial um ein Vielfaches höher ist als bei CO2“, erklärt Nikolaus Froitzheim von der Universität Bonn. Die meisten bisherigen Projektionen ergaben jedoch, dass die Treibhausgase aus tauendem Permafrost bis 2100 „nur“ etwa 0,2 Grad Celsius zur globalen Erwärmung beitragen.

Diese Annahme stellen die Ergebnisse von Froitzheim und seinen Kollegen nun allerdings in Frage. In bisherigen Untersuchungen haben sich Wissenschaftler meist ausschließlich mit den Emissionen befasst, die aus der Zersetzung der Biomasse in den Permafrostböden selbst entstehen. Im Rahmen ihrer Studie wählte das Team nun hingegen eine Untersuchungsstrategie, die einen großräumigen Überblick ermöglicht: Sie erfassten anhand satellitengestützter Spektroskopie die Methankonzentrationen in der sibirischen Luft im Sommer 2020. Die erhaltenen Daten verglichen sie anschließen mit Karten der Region, aus denen Informationen über die Beschaffenheit des Untergrunds hervorgehen.

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Wie sie berichten, zeichneten sich in den Auswertungen der Satellitendaten in zwei Gebieten von Nordsibirien erstaunlich hohe Konzentrationen von Methan ab, die offenbar im Zusammenhang mit den hohen Sommertemperaturen entstanden waren. Es handelte sich dabei um den Taymyr-Faltengürtel und den Rand der Sibirischen Plattform. Den Wissenschaftlern zufolge besitzen diese beiden langgestreckten Areale zwei geologische Besonderheiten: Der Boden ist nur dünn von Biomasseschichten bedeckt und der Untergrund ist von Kalksteinformationen aus dem Paläozoikum geprägt, die vor rund 541 bis vor etwa 251,9 Millionen Jahren entstanden sind. Somit stellte sich die Frage: Wieso ist ausgerechnet dort so viel Methan aus dem Boden aufgestiegen?

Eine Gefahr im Visier

„Die Böden in den beobachteten Gebieten sind sehr dünn oder fehlen ganz, was die Zersetzung von organischer Substanz als Quelle des Methans unwahrscheinlich macht“, sagt Froitzheim. Außerdem zeichnete sich die erhöhte Methankonzentration auch noch monatelang nach der Hitze in der Region ab, geht aus den Ergebnissen hervor. Wie die Wissenschaftler erklären, liegt somit eine nicht biologische Quelle für das Methan nahe: Sie befürchten, dass durch die Erwärmung bisher mit Eis und Gashydrat gefüllte Kluft- und Höhlensysteme im Kalkstein durchlässig geworden sind. „Dadurch hat vermutlich Erdgas, das zum größten Teil aus Methan besteht, aus Lagerstätten im Permafrost und unter dem Permafrost den Weg an die Erdoberfläche gefunden“, erklärt Froitzheim.

Wie er und seine Kollegen betonen, besteht nun allerdings weiterer Forschungsbedarf, um diese Erklärung zu bestätigen. Durch Messungen vor Ort und mit Modellrechnungen wollen sie nun untersuchen, ob, wie schnell und in welchem Umfang Bodenerwärmungen Erdgas in der Region freigesetzt haben können. Abschließend sagt Froitzheim dazu: „Die Mengen von Erdgas, die im Untergrund Nordsibiriens vermutet werden, sind gewaltig. Wenn Teile davon durch den tauenden Permafrost in die Atmosphäre gelangten, könnte das dramatische Auswirkungen auf das ohnehin schon überhitzte Klima der Erde haben“, so der Wissenschaftler.

Quelle: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Fachartikel: PNAS, doi: 10.1073/pnas.2107632118

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