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

Methanhydrate

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Zusatzinfo Bakterien verarbeiten Methan

Methanhydrat schmilzt – was dann?

Es ist nicht gesagt, dass alles Methan, welches aus instabilen Methanhydraten freigesetzt wird, auch in die Atmosphäre gelangt. Der überwiegende Teil dürfte bereits während des Aufstiegs im Sediment und in der Wassersäule abgebaut werden. Dieser Abbau geschieht vor allem durch zwei biologische Prozesse:
  • die anaerobe Methanoxidation durch Bakterien und Archeen (früher als Urbakterien bezeichnet) im Meeresboden;
  • die aerobe Methanoxidation durch Bakterien in der Wassersäule.
Bei der anaeroben Methanoxidation im Meeresboden nutzen die Mikroben für den Methanabbau Sulfat (SO42–), das Salz der Schwefelsäure, das im Meerwasser in großen Mengen vorhanden ist. Dabei wird Methan in Bikarbonat (HCO3) umgewandelt. Reagiert das Bikarbonat weiter mit Kalziumionen (Ca2+) im Meerwasser, entsteht Kalziumkarbonat (CaCO3), Kalk, der lange Zeit im Meeresboden ge-speichert bleibt. Das wäre der Idealfall, denn damit würde das potente Treibhausgas Methan (CH4) unschädlich gemacht. Gleichzeitig entsteht aus dem Sulfat Schwefelwasserstoff (H2S), der vielen Lebensgemeinschaften wie etwa Muscheln und Röhrenwürmern mit symbiontischen Bakterien als Energiequelle dient. Bei der aeroben Oxidation in der Wassersäule bauen Bakterien das Methan hingegen mithilfe von Sauerstoff (O2) ab. Dabei entsteht Kohlendioxid, welches sich im Wasser löst. Auch hier wird Methan unschädlich gemacht, indem es in eine andere Form umgewandelt wird. Diese chemische Umwandlung ist allerdings durchaus problematisch. Zum einen, weil sich das Kohlendioxid im Wasser löst und Kohlensäure bildet und damit zur Versauerung der Ozeane beiträgt. Zum anderen, weil bei der aeroben Methanoxidation Sauerstoff verbraucht wird. Dadurch könnten im Meer sauerstoffarme Zonen entstehen, was eine Gefahr für Fische und andere sensible Lebewesen wäre. Grobe Abschätzungen gehen davon aus, dass die anaerobe und aerobe Methan­oxidation zusammen circa 90 Prozent des im Meeresboden produzierten Methans verbrauchen, bevor es die Atmosphäre erreichen kann. Dabei sind die Mikroben umso effektiver, je langsamer das Methan durch den Meeresboden oder durch die Wassersäule wandert.
Die Grundvoraussetzung für einen solchen Abbau ist, dass sich die Methanmoleküle im Wasser lösen. Nur in dieser Form ist Methan für die Bakterien überhaupt nutzbar. Sollte Methan jedoch schnell aus den Hydraten freigesetzt werden, könnte es in Form von Gasblasen aufsteigen, die für die Mikroorganismen nicht verwertbar sind. Der mikrobielle Methanfilter würde also zum Teil versagen, wenn sich die Methanhydrate allzu schnell auflösen und auf einen Schlag große Mengen Methan frei werden. Ebenso problematisch sind geringe Wassertiefen, weil sich die Methanblasen auf dem kurzen Weg vom Meeresboden zur Atmosphäre nicht vollständig im Wasser lösen können. Um solche Prozesse besser zu verstehen und Vorhersagen über die Funktion des mikrobiellen Filters machen zu können, untersuchen Forscher derzeit natürliche Methanquellen am Meeresgrund, die sehr viel Methan freisetzen, die kalten Quellen (cold seeps). Dazu zählen oberflächennahe Gashydratvorkommen, Schlammvulkane und natürliche Gasquellen in flachen Meeresregionen. Diese natürlichen Quellen sind eine Art Modell, an dem man untersuchen kann, wie sich das Methan im Meer verhält. Versteht man, wie die Natur auf diese Methanflüsse aus dem Meeresboden reagiert, lässt sich besser abschätzen, wie sich die Auflösung großer Gashydratmengen auswirkt. Die an den Methanquellen gewonnenen Daten sollen auch dazu beitragen, mathematische Methanhydrat-Simulationen präziser zu machen.
2.20 > Nicht nur am Meeresboden, auch auf dem Festland sind Methanhydrate in großen Mengen gespeichert. Vor allem in den dauerhaft tiefgefrorenen Permafrostböden der russischen Tundra wie hier in der russischen Republik Komi. Experten fürchten, dass die Permafrostböden durch die globale Erwärmung schmelzen und dabei das Methanhydrat freisetzen.
2.20 > Nicht nur am Meeresboden, auch auf dem Festland sind Methanhydrate in großen Mengen gespeichert. Vor allem in den dauerhaft tiefgefrorenen Permafrostböden der russischen Tundra wie hier in der russischen Republik Komi. Experten fürchten, dass die Permafrostböden durch die globale Erwärmung schmelzen und dabei das Methanhydrat freisetzen. © imago/ITAR-TASS
Das
Schwinden der Methanhydrate
könnte durchaus fatale Folgen haben. Gashydrate wirken wie Zement, der die Poren zwischen den feinen Sedimentpartikeln verkittet und den Meeresboden stabilisiert. Lösen sich die Methanhydrate auf, verliert der Boden an Festigkeit. Im schlimmsten Fall können riesige Sedimentpakete an den Kontinentalhängen abrutschen und an den Küsten schwere Tsunamis auslösen. Derartige Hangrutschungen haben sich bereits vermutlich während der letzten Eiszeit ereignet. Der Auslöser war allerdings nicht die Erwärmung der Atmosphäre, sondern das genaue Gegenteil. Weil viel Wasser als Eis gebunden war, lag der Meeresspiegel um etwa 120 Meter tiefer als heute. Gerade in den flachen Meeresgebieten war der Wasserdruck dadurch so niedrig, dass sich die Methanhydrate massenhaft zersetzten. Einen unmittelbaren Beleg für Rutschungen, die durch Gashydratzersetzung ausgelöst wurden, hat man bisher indes nicht gefunden. Doch man kennt Indizien, die darauf hinweisen. So gibt es in der Nähe von Abrisskanten fast immer Spuren von Gas- und Flüssigkeitstransporten. Möglicherweise sind diese Hänge also durch strömende Methangas- und Flüssigkeitsmengen destabilisiert worden. Forscher sehen aber durchaus auch einen umgekehrten Bezug: So ist es denkbar, dass sich Methanhydrate erst durch Hangrutschungen und die dadurch bedingte Druckentlastung am Boden zersetzen. Erst dadurch würden große Mengen Gas frei werden. Die Hangrutschung wäre also Ursache und nicht Folge des Gasaustritts. Eine weitere Theorie besagt, dass Hangrutschungen in der Vergangenheit auch durch eine verstärkte Sedimentation von Meeresorganismen am Kontinentalhang ausgelöst worden sein könnten. Diese Untersicherheiten machen klar, dass noch erheblicher Forschungsbedarf besteht. Dennoch gilt es als wahrscheinlich, dass das Schwinden der Methanhydrate zu ernsten Problemen führen könnte.

Methanemissionen aus der Arktis – ein Exempel für die künftige Gashydratforschung

Bei der Erforschung von Methanemissionen gehört die Arktis heute zu den wichtigsten Regionen weltweit. So wird vermutet, dass Methan dort zum einen in Form von Gashydraten im Meer vorkommt, zum anderen als im tiefgefrorenen Permafrostboden eingeschlossenes Gas an Land. Als besonders sensibel gelten die Methanlager im Permafrostboden und die Hydrate in den ausgedehnten flachen Schelfmeerbereichen, da aufgrund des geringen Drucks schon kleinste Temperaturerhöhungen große Mengen von Methanhydrat oder Methan freisetzen könnten. Zusätzlich entsteht permanent neues Methan, weil die arktischen Gebiete reich an organischem Material sind, das von den Mikroben abgebaut wird. Die Aktivität dieser Mikroben, und damit die biologische Freisetzungsrate von Methan, wird ebenfalls durch Temperaturerhöhungen angekurbelt. Die Methanemissionen in der Arktis haben also gleich mehrere Quellen. Derzeit bilden sich internationale wissenschaftliche Konsortien mit Forschern verschiedener Disziplinen – Chemiker, Biologen, Geologen, Geophysiker, Meteorologen –, die sich intensiv mit dem Problem beschäftigen. Noch kann niemand mit Bestimmtheit sagen, wie sich der Methanausstoß in der Arktis mit der Erderwärmung entwickeln wird – sowohl im Meer als auch an Land. Noch steht die Forschung am Anfang. Textende
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