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3 Rohstoffe aus dem Meer – Chancen und Risiken

Die Folgen des Hydratabbaus

Die Folgen des Hydratabbaus

> Welche Gefahren der Methanhydratabbau mit sich bringt, war lange unklar. Heute herrscht die Auffassung, dass Bohrungen weder Tsunamis auslösen noch Lecks im Sediment verursachen, durch die klimaschädliches Methan in größeren Mengen ins Meer und in die Atmos­phäre entweichen könnte.

Die Angst vor Katastrophen

In den vergangenen Jahren wurde in der Fachwelt kontrovers diskutiert, inwieweit der Methanhydratabbau negative Folgen für die Meeresumwelt und das Klima haben könnte. Befürchtet wurde, dass durch den Abbau der Hydrate große Mengen Methan unkontrolliert frei werden und in die Atmosphäre aufsteigen könnten. Das wäre fatal, denn Methan hat eine etwa 20-mal stärkere Treibhauswirkung als Kohlendioxid. Eine verstärkte Freisetzung aus den Meeren, sagten manche Forscher, könnte den Treibhauseffekt verstärken. Diskutiert wurde auch, ob durch den Abbau der Hydrate steile Kontinentalabhänge abrutschen könnten. Wie Lawinen im Gebirge kommen solche Hangrutschungen auch im Meer natürlich vor. Sie ereignen sich an Kontinentalrändern, an denen sich viel Sediment ablagert, beispielsweise vor den großen Flussmündungen, durch die viele Schwebstoffe herantransportiert werden. Wie der Schnee im Gebirge wird die Sedimentschicht irgendwann so schwer, dass sie in die Tiefe abrutscht. Gashydrate verkitten die Poren zwischen den feinen Sedimentpartikeln und stabilisieren so den Meeresboden. Löst man die Methanhydrate auf, sagten manche Forscher, würde der Boden an Festigkeit verlieren. Im schlimmsten Fall, so wurde befürchtet, könnten riesige Sedimentpakete abrutschen und an den Küsten schwere Tsunamis auslösen.

Umweltprobleme durch Hydratabbau?

Dass Hänge rutschen, ist nicht ungewöhnlich. Es gibt sogar wissenschaftliche Beweise dafür, dass durch Hangrutschungen große Tsunamis ausgelöst wurden. Ein Beispiel ist die Storegga-Rutschung vor Norwegen, bei der vor 7000 Jahren ein großer Teil des norwegischen Kontinentalabhangs in die Tiefe glitt. Die Bewegung war so groß, dass sich an der schottischen Küste 20 Meter hohe Wellen aufbauten. Mit Methanhydraten aber hat dieses Ereignis nichts zu tun. Der Storegga-Hang kam ins Rutschen, weil sich die skandinavische Kontinentalplatte nach der Eiszeit langsam zu heben begann. Dabei brach ein Teil des Hangs ab. Derart große Rutschungen sind sehr seltene Ereignisse, die sich nur alle paar Tausend Jahre ereignen. Kleinere Hangrutschungen treten dagegen sehr häufig auf. Es gibt weltweit also durchaus eine gewisse Zahl an kritischen Hängen, an denen sich so viel Sediment abgelagert hat, dass bereits eine kleine Störung genügt, um eine Rutschung auszulösen. Bevor also nach Methanhydrat gebohrt wird, müssen die Bohrstellen deshalb intensiv untersucht werden. Künftig werden dem Methanhydratabbau daher, so sagen Wissenschaftler, Umweltverträglichkeitsprüfungen vorausgehen, mit denen man das Risiko von Rutschungen einschätzen kann. Einheitliche Standards, nach denen Methanhydratgebiete begutachtet werden, müssen zunächst aber noch entwickelt werden. Wie die Beispiele Japan und Korea zeigen, werden die ersten Staaten, die in den Methanhydratabbau einsteigen, vorerst flache Meeresgebiete wie zum Beispiel Meeresbecken wählen, um das Risiko von Hangrutschungen weitgehend auszuschließen. Auch wenn gilt, dass durch den vergleichsweise kleinräumigen Methanhydratabbau keine Hangrutschungen ausgelöst werden, die zu Tsunamis führen könnten, so haben vor dem Hintergrund der immensen Investitions­kosten die beteiligten Unternehmen dennoch wenig Interesse daran, es überhaupt dazu kommen zu lassen. Zu teuer ist die Bohrtechnik, die dann am Meeresboden zerstört werden würde. Das Risiko von Hangrutschungen beim Hydratabbau lässt sich durch den Einsatz von Kohlendioxid verringern. Bei diesem Verfahren verdrängt das Kohlendioxid das Methan aus dem Hydrat, um dann selbst mit dem Wasser eine festes Hydrat zu bilden, das die Sedimente wieder stabilisiert.
3.14 > Das Methan in der Atmos­phäre stammt überwiegend aus Quellen an Land – insbesondere aus Feucht­ge­bieten. Die Methan­hydrate im Meer tragen nur einen kleinen Teil. Auch durch die Erderwärmung wird sich dieser Anteil nicht wesentlich erhöhen.
Abb. 3.14 > Das Methan in der Atmosphäre stammt überwiegend aus Quellen an Land – insbesondere aus Feuchtgebieten. Die Methanhydrate im Meer tragen nur einen kleinen Teil. Auch durch die Erderwärmung wird sich dieser Anteil nicht wesentlich erhöhen. © NASA Goddard Institute for Space Studies

Punktuelle Störungen

Auch in anderer Hinsicht halten Experten heute den Methanhydratabbau für eher unproblematisch: Anders als bei Massivsulfiden und Manganknollen werden die Lebensräume am Meeresboden durch den Abbau von Methanhydrat nur punktuell gestört, da hier keine großen Massen bewegt werden müssen. Lediglich in der unmittelbaren Umgebung der Bohrstellen wird Sediment aufgewühlt. Selbst wenn man während der Erschließungsphase der Lagerstätte mehrere Bohrungen vornehmen muss, sind die Störungen relativ gering. Erfahrungen aus der Gas- und Ölindustrie zeigen, dass die Meeresumwelt – abgesehen von Unglücken in der Größenordnung der Plattform „Deepwater Horizon“ im Golf von Mexiko – durch die Bohrungen grundsätzlich nicht messbar beeinträchtigt wird.

Treibhauseffekt Wasserdampf, Kohlendioxid (CO₂), Methan und andere klima­relevante Spurengase in der Atmosphäre lassen die kurzwellige Strahlung, die von der Sonne auf die Erde trifft, zunächst passieren. Diese wird an der Erdoberfläche in Wärme umgewandelt und zu einem großen Teil als langwellige Strahlung zurückgeworfen. Wie die Glasscheibe eines Treibhauses verhindern aber die Gase, dass die langwellige Wärmestrahlung in den Weltraum entweicht. Die Erde heizt sich auf.

Gelangt Methan in die Atmosphäre?

Die Vorstellung, dass Methan in großen Mengen aus den Meeren aufsteigt, ist alt. Eine Zeit lang hatte man sogar versucht, das mysteriöse Verschwinden von Schiffen im Bermudadreieck damit zu erklären. Sie sollen, so die Theorie, von riesigen, vom Meeresgrund aufsteigenden Methanblasen verschluckt worden und in die Tiefe gefallen sein. Heute gilt als sicher, dass sich aus Hydraten keine derart großen Blasen lösen können. Auch werden beim Abbau der Hydrate keine großen Methangasmengen unkontrolliert bis in die Atmosphäre aufsteigen. Dafür gibt es mehrere Gründe:
  • Forscher empfehlen, nur solche Methanhydratlagerstätten abzubauen, die von einer mindestens 100 Meter dicken Sedimentschicht bedeckt sind. Diese verhindert, dass Methanblasen, die sich in der Nähe der Bohrung bilden, durch das Sediment ins Wasser gelangen.
  • Anders als Erdgas oder Erdöl schießt das Methan nicht von allein aus dem Bohrloch. Das Hydrat muss nach und nach aufgelöst werden. Entsprechend wird das Methan nur langsam frei. Ein Blowout wie bei der Explosion der Ölplattform „Deepwater Horizon“ im Jahr 2010 ist daher nicht zu befürchten. Es werden keine großen Methangasmengen frei, die bis zur Oberfläche aufsteigen könnten.
Sollte beispielsweise durch eine schlecht abgedichtete Bohrung dennoch Methan aus dem Sediment ins Meer austreten, wird – wenn überhaupt – nur ein sehr geringer Teil des Methans bis in die Atmosphäre aufsteigen können. Immerhin liegen die meisten Hydratvorkommen in 500 bis 3000 Meter Wassertiefe. Methan, das bei einer Bohrung aus dieser Tiefe aufsteigt, ist aufgezehrt, ehe es die Wasseroberfläche erreicht. Das gilt auch für den Fall, dass beim Abbau der Hydrate in natürlichen Brüchen und Rissen im Boden gebohrt wird. Baut man Methanhydrat versehentlich in solchen Regionen ab, könnte das Methan durch diese Störstellen ins Wasser entweichen. Mit modernen Explorationsverfahren lassen sich diese Störstellen aber sicher detektieren, sodass versehentliche Bohrungen in Brüchen vermieden werden.

Zusatzinfo Bakterien verarbeiten Methan

Verstärkt die Erderwärmung den Zerfall der Methanhydrate?

Weil Methan ein starkes Treibhausgas ist und man heute davon ausgeht, dass es zu 15 Prozent zum Treibhauseffekt beiträgt, haben Forscher in den vergangenen Jahren versucht abzuschätzen, wie viel Methan jährlich in die Atmosphäre freigesetzt wird. Als Hauptquelle gelten heute Feuchtgebiete, in denen abgestorbene Pflanzenreste in großen Mengen von Methan erzeugenden Bakterien abgebaut werden. Weitere Quellen sind die Mägen von Rindern und anderen Wiederkäuern, aber auch Reiskulturen sowie die Förderung von Gas und Öl. Kontrovers diskutiert wurde und wird, ob und wie viel Methan künftig zusätzlich durch die Klimaerwärmung frei wird. Bei ihren Berechnungen berücksichtigen die Forscher vier verschiedene Typen von Methanhydratlagerstätten an Land und im Meer:

IN PERMAFROSTGEBIETEN AN LAND: Solche Methanhydratlagerstätten kommen beispielsweise in Alaska, Kanada oder Sibirien vor. Man schätzt, dass sie nur etwa 1 Prozent der weltweiten Methanhydratmengen enthalten. Entsprechend gering wäre ihre Einfluss auf das Klima. In den meisten dieser Regionen liegen die Methanhy- dratlagerstätten mehr als 300 Meter tief. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass durch eine Erwärmung höchstens die oberen Schichten der Methanhydrate antauen könnten. Dieser ganze Prozess dürfte sich über mehrere Tausend Jahre hinziehen. Seltener sind flache Methanhydratvorkommen in einer Tiefe von etwa 20 Metern. Diese Bereiche wären von der Klimaerwärmung sehr viel stärker betroffen. Allerdings sind die Methanmengen in der Summe gering.

IN ÜBERFLUTETEN PERMAFROSTGEBIETEN AUF DEM ARKTISCHEN SCHELF: Als der Meeresspiegel nach der letzten Eiszeit langsam stieg, wurden Permafrostgebiete in der Arktis überflutet. Da das Wasser mit knapp über 0 Grad Celsius deutlich wärmer als die arktische Luft ist, begann der überflutete Permafrostboden langsam zu tauen. Das Auftauen hat sich im Laufe von mehreren Tausend Jahren in die Tiefe ausgedehnt und die Gashydratstabilitätszone (GHSZ) erreicht. Die Hydrate zerfallen langsam und setzen Methan frei. Dieser Prozess läuft an vielen Stellen im Meeresboden ab, etwa auf dem Sibirischen Schelf, wo Methan aus dem Meeresgrund aufsteigt. Der Einfluss der durch den Menschen verursachten Klimaerwärmung auf diesen Prozess wird verschwindend gering bleiben. Wie Computermodelle zeigen, werden – wenn überhaupt – nur jene Methanhydrate antauen, die in geringer Tiefe von 10 bis 20 Metern im Sediment liegen. Solche flachen Vorkommen sind aber selten. Da das Wasser in den Schelfgebieten relativ flach ist, würde dieses Methan aber durchaus bis in die Atmosphäre gelangen. Man schätzt, dass die überfluteten Permafrostböden in den arktischen Schelfgebieten weniger als 1 Prozent der weltweiten Methanhydratmengen enthalten.

AN KONTINENTALRÄNDERN (OBERE RÄNDER DER GHSZ): Diese Methanhydratlagerstätten befinden sich exakt in jener Wassertiefe, in der die GHSZ beginnt – meist in einer Tiefe von 300 bis 500 Metern. Diese Vorkommen sind von der Meereserwärmung besonders betroffen, da sie am oberen Rand der GHSZ liegen. Bereits bei einer minimalen Erwärmung würden sie beginnen, sich aufzulösen. In anderen Regionen blockieren heute Gashydrate wie eine Art Pfropf tiefer liegende Methangasblasen. Auch diese Pfropfen könnten sich lösen. Dadurch würde zusätzlich Methangas frei. Man schätzt, dass die Vorkommen an den Kontinentalrändern beziehungsweise an den oberen Rändern der GHSZ etwa 3 Prozent der weltweiten Methanhydratmengen enthalten.

AN TIEFEN KONTINENTALRÄNDERN: Der größte Teil der Methanhydratvorkommen, nämlich rund 95 Prozent, kommt in Sedimenten in den tiefen Bereichen der Kontinentalränder zwischen 500 und 3000 Metern vor, wo hohe Wasserdrücke herrschen. Die Erwärmung des Meerwassers durch den Klimawandel hat kaum einen Einfluss auf die Stabilität der Hydrate. Erstens sind die Drücke so hoch, dass eine geringe Temperaturerhöhung nicht reicht, um die Hydrate zu lösen. Zweitens wird es viele Jahrtausende dauern, bis sich die Erwärmung vom Oberflächenwasser bis in die Tiefe beziehungsweise ins Sediment fortgesetzt hat.
3.16 > Methanhydrate kommen weltweit in verschiedenen Typen von Lagerstätten vor. Diese sind vom Klimawandel und der Erderwärmung unterschiedlich stark betroffen. Das meiste Methanhydrat findet sich in der Tiefsee. Damit ist es vor dem Zerfall weitgehend geschützt.
3.16 > Methanhydrate kommen weltweit in verschiedenen Typen von Lagerstätten vor. Diese sind vom Klimawandel und der Erderwärmung unterschiedlich stark betroffen. Das meiste Methanhydrat findet sich in der Tiefsee. Damit ist es vor dem Zerfall weitgehend geschützt. © nach Ruppel
Wie hoch die jeweiligen Anteile im Detail tatsächlich sind, lässt sich heute nicht mit Gewissheit sagen, da viele Meeresgebiete noch nicht ausreichend erforscht worden sind. Die meisten Wissenschaftler stimmen aber darin überein, dass sich durch den Klimawandel keine katastrophale Massenschmelze von Methanhydraten ereignen wird, weil die bei Weitem größte Hydratmenge in den tiefen Bereichen der Kontinentalhänge lagert. Diskutiert wird aber, ob im Laufe der Erdgeschichte schon einmal Methan aus Hydraten in Massen freigesetzt worden ist. Demnach sollen bereits vor Millionen von Jahren Klimaerwärmungen immer wieder einmal zu plötzlichen Massenschmelzen geführt haben. In einer Kettenreaktion habe das Methangas die Erde dann noch weiter aufgeheizt. Das könnte beim Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum (PETM) vor etwa 55 Millionen der Fall gewesen sein, sagen manche Forscher. Während des PETM stieg die Temperatur weltweit innerhalb von 20 000 Jahren um durchschnittlich 6 Grad Celsius an. Das ist ein hoher Wert, wenn man bedenkt, dass Klimaforscher heute bereits bei einem globalen Temperaturanstieg von wenig mehr als 2 Grad erhebliche Klimaveränderungen erwarten. Die Ursachen des PETM werden von den Forschern kontrovers diskutiert. Einige Wissenschaftler halten es für möglich, dass die Methangasfreisetzung das PETM ausgelöst oder zumindest verstärkt haben könnte. Für die nächsten Jahrhunderte gehen Experten davon aus, dass die Gashydratzersetzung nur wenig zur globalen Erwärmung beitragen wird. Betrachtet man aber längere Zeiträume von mehreren Jahrtausenden, könnte sich die Methanfreisetzung verstärken: Zunächst werden die vom Menschen verursachten, anthropogenen, CO₂ -Emissionen zu einer lang anhaltenden Erwärmung führen, da das vom Menschen freigesetzte CO₂ auch in mehr als tausend Jahren noch zu einem großen Teil in der Atmosphäre vorhanden sein wird – lange nach einer Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Quellen. Dadurch würden die Hydrate langsam zerfallen. Es ist also denkbar, dass die Langzeitwirkung der heutigen CO₂-Emissionen die Gashydratzersetzung verstärkt, was den Treibhauseffekt weiter anheizen würde. Textende