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Die Erde im Methanfieber



Nicht oft führt uns ein geologisches Ereignis aus der Vergangenheit plastisch vor Augen, was die Menschheit der Erde antut. Doch vor 55 Millionen Jahren pumpte eine Serie von Methangas-Ausbrüchen die Erdatmosphäre vermutlich genauso rasch mit Treibhausgasen voll, wie wir das momentan durch die Verbrennung von Erdöl und Erdgas tun – und erzeugte damit einen ähnlich plötzlichen Klimawandel, wie er heute befürchtet wird. Normale Klimaänderungen wie das Kommen und Gehen der Eiszeiten vollziehen sich dagegen so langsam, dass sie in der Lebensspanne eines Menschen nicht auffallen.

Am Ende des so genannten Paläozäns schnellten die Temperaturen am Meeresgrund um rund sechs Grad in die Höhe. Diese weltweite Hitzewelle vernichtete eine Vielzahl mikroskopischer Tiefseeorganismen und erzeugte einen bizarren Zacken in der langjährigen Kurve des Kohlenstoff-Isotopenverhältnisses von Kalkablagerungen.

Schon vor fünf Jahren mutmaßte der Paläoozeanograph Gerald Dickens von der James-Cook-Universität in Towns-ville (Australien), dass ein riesiger Schwall Methan, das plötzlich aus dem Meeresboden ausgaste, den jähen Hitzeschock auslöste. Methan ist ein Treibhausgas, das fast 30-mal so viel Wärme zurückhalten kann wie Kohlendioxid und sich in der Atmosphäre langsam in Kohlendioxid umwandelt. Allerdings hätte fast eine Billion Tonnen davon freigesetzt werden müssen, um den Zacken im Isotopenverhältnis zu erklären. Bisher gab es keinen konkreten Anhaltspunkt für einen so gewaltigen Methanausbruch in jener Zeit.

Doch kürzlich stieß Dickens bei gemeinsamen Untersuchungen mit Miriam E. Katz von der Rutgers-Universität in New Brunswick (New Jersey) und zwei anderen Wissenschaftlern auf eine erste heiße Spur. Sie liegt in 500 Metern Tiefe im Sediment am Meeresgrund vor der Küste Nordfloridas. "Es ist wirklich der erste handfeste Beleg für eine Methanfreisetzung in der damaligen Zeit", meint der Meeresgeologe Timothy J. Bralower von der Universität von North Carolina in Chapel Hill. "Es ist fast zu schön, um wahr zu sein."

Miriam Katz, die Dickens 1997 half, die aufschlussreiche Sedimentprobe vom Meeresboden heraufzuholen, suchte ursprünglich nur nach Anzeichen für den Untergang der Mikroorganismen. Einige Bodenbewohner, so genannte Foraminiferen, erstickten in dem wärmeren Wasser, weil es weniger Sauerstoff enthält als kaltes. Ihre harten Kalkschalen sammelten sich im Tonschlick am Meeresgrund.

Stundenlang übers Mikroskop gebeugt, befreite Katz mit einem winzigen Pinsel Tausende von Forminiferen, nicht größer als ein Salzkorn, aus ihrem schlammigen Massengrab und identifizierte sie (Bild). Die Pusselarbeit war jedoch nicht umsonst. Sie ergab, dass 55 Prozent der Tiefsee-Foraminiferen-Arten in einem geologischen Augenblick ausgelöscht worden waren – in weniger als 10000 Jahren während der Hitzeperiode im späten Paläozän. Katz’ Kollegin Dorothy K. Pak von der Universität von Kalifornien in Santa Barbara fand in den Kalkschalen dann das ungewöhnliche Kohlenstoff-Isotopenverhältnis.

Im Grab der Foraminiferen machte Katz zugleich eine merkwürdige Beobachtung: Es war durchzogen von einer 25 Zentimeter dicken Schicht aus durcheinander gewürfelten Lehmklumpen. "Anfangs ärgerte ich mich darüber, dass sie die Schichtfolge kaputt machten und die Bestimmung des Aussterbezeitpunkts störten", erklärt Katz. Doch dann erinnerte sie sich an Dickens’ Idee über die Ursache des Massensterbens: Methan entweicht explosionsartig aus submarinen Ablagerungen von Hydrat – einem kristallinen Eiskäfig, in dem das Gas, das bei der bakteriellen Zersetzung von organischem Abfall entsteht, bei den hohen Drucken und tiefen Temperaturen am Meeresboden eingeschlossen war. Die aufsteigenden Gasblasen gelangen in die Atmosphäre und erzeugen dort jenes Treibhausklima, das schließlich das Meerwasser aufheizt und die Foraminiferen erstickt.

Ein solcher Ausbruch hätte wahrscheinlich einen submarinen Erdrutsch ausgelöst – und genau danach sah die durcheinandergewürfelte Lehmschicht aus. In diesem Stadium wandte sich Katz an Dickens. Nach dessen Theorie sind Methanhydrat-Lagerstätten, die heute an die 15 Billionen Tonnen Gas speichern, die einzigen Methanquellen mit ausreichender Kapazität, um das Isotopenverhältnis in den Foraminiferen-Schalen massiv verändern zu können. Als Dickens und Katz nach dem Ausgangspunkt des Erdrutsches suchten, fanden sie chaotische Sedimentschichten direkt unterhalb eines versunkenen Korallenriffs – ein idealer Platz, an dem sich Methan ansammeln konnte, bevor es zum Hydrat gefror.

Dennoch ist die Beweisführung noch nicht wasserdicht. So meint Richard D. Norris von der Woods Hole Oceanographic Institution, dass auch ein plötzli-cher Wechsel der Tiefseeströmung den Erdrutsch erklären könne. Außerdem ist nicht klar, was den Methanausbruch verursachte. Wahrscheinlich war es ein fünf Millionen Jahre anhaltender Erwärmungstrend gegen Ende des Paläozäns. Als die Temperatur des Tiefenwassers einen kritischen Wert erreichte, könnten die Hydrate instabil geworden sein und sich schlagartig zersetzt haben.

Möglicherweise nahmen sie aber auch den direkten Weg nach oben. Auf einer Forschungsfahrt vor der Küste Oregons im letzten Sommer sahen Erwin Suess und seine Kollegen vom Kieler Forschungszentrum Geomar metergroße Brocken von Methanhydrat auf dem Meerwasser treiben (Bild links); sie hatten sich offenbar vom Meeresgrund gelöst und waren schnell genug bis zur Oberfläche aufgestiegen, um noch weitgehend unzersetzt dort anzukommen.

Eine letzte Frage interessiert Dickens brennend. Nachdem vor 55 Jahrmillionen all dieser Kohlenstoff in die Atmosphäre gepumpt worden war, wie lange blieb er dort? Die Antwort ist auch für uns Heutige von Bedeutung. Schließlich hat der Mensch die Lufthülle schon beträchtlich mit Kohlendioxid angereichert, und selbst wenn die Emissionen gestoppt werden, fragt es sich, wie lange die schon jetzt erreichte Belastung für das irdische Klimasystem bestehen bleibt.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 4 / 2000, Seite 25
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
4 / 2000

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 4 / 2000

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