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1 Mit den Meeren leben – ein Bericht über den Zustand der Weltmeere

Hoffnungsträger Methandhydrat

Methanhydrat

> Bis vor zehn Jahren hatte noch kaum jemand von ihnen gehört, den Methanhydraten. Inzwischen aber werden diese chemischen Verbindungen als mögliche künftige Energiequelle im Meeresgrund diskutiert. Die Menge an Erdgas, die in den Hydraten gebunden ist, übersteigt die Erdgasreserven in konventionellen Lagerstätten um ein Vielfaches. Aber die Methanhydrate bergen nicht nur eine potenzielle Energiequelle, sondern auch ein Klimarisiko.

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Brutstätte der Methanhydrate: der Meeresgrund

Methanhydrate sind eisähnliche weiße Festkörper, die aus Methan und Wasser bestehen. Die Methanmoleküle sind dabei in mikroskopisch kleinen Käfigen eingeschlossen, die aus Wassermolekülen aufgebaut sind. Methan wird vor allem durch Mikroorganismen gebildet, die in tiefen Sedimentschichten leben und dort organische Substanzen sehr langsam in Methan umwandeln. Die organischen Stoffe, aus denen das Methan gebildet wird, sind Überreste von Plankton, das vor langer Zeit im Ozean gelebt hat, zum Meeresboden gesunken ist und schließlich in die Sedimente eingebettet wurde. Methanhydrate sind nur bei hohen Drücken von mehr als 35 bar und niedrigen Temperaturen stabil. Der Meeresgrund ist deshalb für die Bildung von Methanhydraten geradezu ideal: Das Bodenwasser der Ozeane und der Tiefseeboden sind mit 0 bis 4 Grad Celsius fast überall sehr kalt. Zudem herrscht ab einer Wassertiefe von circa 350 Metern ein ausreichend hoher Druck, um die Hydrate zu stabilisieren. Dringt man aber tiefer in die mächtigen Sedimentschichten am Meeresboden ein, steigen die Temperaturen durch die zunehmende Nähe zum Erdinnern wieder an. In Sedimenttiefen von mehr als etwa 1 Kilometer steigen die Temperaturen auf über 30 Grad Celsius, sodass keine Methanhydrate abgelagert werden können. Allerdings ist hier die Methanbildung besonders intensiv. Zunächst entstehen kleine Methangasblasen, die aus den Tiefen des Sediments aufsteigen und dann im kühlen Wasser am Meeresboden in Methanhydrate umgewandelt werden. Das Methan wird also in tiefen und warmen Sedimenthorizonten gebildet und erst in den kalten oberen Sedimentschichten in Methanhydrat umgewandelt und fixiert. In flachen Randmeeren und Schelfbereichen gibt es keine Methanhydrate. Dort reicht der Druck am Meeresboden nicht aus, um die Hydrate zu stabilisieren. Am Boden der großen Ozeanbecken wiederum ist zwar der Druck hoch genug, dort sind aber kaum Hydrate vorzufinden, da nur wenig organische Substanz in die Tiefseesedimente eingebettet wird, die den Boden dieser Ozeanbecken bilden. Der Grund: Auf hoher See ist das Meerwasser vergleichsweise nährstoffarm, sodass dort wenig Biomasse produziert wird und absinkt. So kommen Methanhydrate im We­­sentlichen an den Kontinentalrändern in Wassertiefen zwischen 350 und 5000 Metern vor. Zum einen wird dort genügend organische Substanz als Sediment abgelagert. Zum anderen sind die Temperatur- und Druckbedingungen so günstig, dass sich Methan in Methanhydrate umwandeln kann.

Bildung von Treibhausgas

In den Sedimentablagerungen der Kontinentalhänge schlummern gewaltige Massen Methanhydrat. Die globale Gesamtmenge an Methankohlenstoff, die in diesen Hydratvorkommen gebunden ist, beträgt ungefähr 1000 bis 5000 Gigatonnen Kohlenstoff – das ist in etwa 100- bis 500-mal mehr Kohlenstoff, als jährlich durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern (Kohle, Öl, Gas) in die Atmosphäre freigesetzt wird. Bei niedrigen Temperaturen sind die Methanhydrate am Meeresboden stabil. Erwärmt sich das Wasser und damit der Meeresboden, können die Hydrate jedoch zerfallen. Da Mikroorga­nismen das dabei entstehende Methangas zum Treib­hausgas Kohlendioxid (CO2) oxidieren, wird das Thema Me­thanhydrat derzeit intensiv im Kontext Klimawandel diskutiert. Zwar würde Methan, das selbst als starkes Treibhausgas wirkt, aufgrund der Wandlung zu CO2 nicht direkt als Methan aus dem Meer entweichen. Die Bildung und Freisetzung von Kohlendioxid aber ist beträchtlich. Ein weiteres Problem: Durch die Bildung des Kohlendioxids wird der Sauerstoff im Meerwasser aufgezehrt (Kapitel 2).
7.7 > Bekannt ist, dass Methanhydrate weltweit vor allem an den Kontinentalrändern zu finden sind. Schätzungen über die Menge der gesamten Vorkommen sind bislang aber recht ungenau.
7.7 > Bekannt ist, dass Methanhydrate weltweit vor allem an den Kontinentalrändern zu finden sind. Schätzungen über die Menge der gesamten Vorkommen sind bislang aber recht ungenau. © maribus (nach Klauda & Sandler, 2005)
Im Jahr 2008 entdeckten britische und deutsche Wissenschaftler in einer Wassertiefe von 350 Metern Gasquellen am Kontinentalhang vor Spitzbergen, die wahrscheinlich durch schmelzende Hydrate gespeist werden. Langzeitmessungen der Wassertemperaturen vor Spitzbergen zeigen, dass sich die Bodenwassermassen und damit die Hangsedimente während der letzten Jahrzehnte deutlich erwärmt haben. Modelle sagen zudem voraus, dass der Meeresboden in den arktischen Gebieten während der kommenden Jahrzehnte und Jahrhunderte durch den Klimawandel weiter aufgeheizt wird. Wissenschaftler befürchten daher, dass dort in Zukunft große Mengen Methanhydrat schmelzen werden, wodurch verstärkt CO2 in den Ozean und in die Atmosphäre gelangt. Der Sauerstoffgehalt des Meerwassers wird sich entsprechend verringern.
Hinzu kommt, dass das freigesetzte CO2 nicht nur zu einer weiteren globalen Erwärmung beiträgt, sondern zu einer Versauerung der Ozeane führt (Kapitel 2). Beispiele aus der geologischen Vergangenheit unterstützen dieses Szenario. Die geologischen Archive lassen vermuten, dass die Hydrate mehrmals in der Erdgeschichte in gro­ßem Ausmaß zersetzt wurden und es im Zuge dessen zu einer extremen globalen Erwärmung und zu einem massiven Artensterben am Meeresboden kam. Um herauszufinden, in welchem Ausmaß der zukünftige Klima- und Ozeanwandel durch die Freisetzung von Methangas am Meeresboden verstärkt wird, sind aber noch weitere Untersuchungen nötig. >
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