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Klimatologie: Frostiges Erwachen

Methan gilt Klimaforschern als tickende Zeitbombe - ist es doch ein weitaus potenteres Treibhausgas als Kohlendioxid und könnte aus schmelzenden Permafrostböden der Arktis reichlich freikommen. Selbst im Winter gast es nun offensichtlich aus. Ein Menetekel?
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Es gilt manchen als "vergessenes" Treibhausgas, so sehr konzentriert sich die Weltgemeinschaft auf Kohlendioxid als Hauptverantwortlichen der sich gegenwärtig erwärmenden Erde. Dabei verstärkt jedes Methanmolekül den Treibhauseffekt 25-mal stärker als CO2. Sorgenvoll äugen Forscher deshalb in die Tundra, in deren Böden 400 Milliarden Tonnen Methan lagern – das 80-Fache der Menge, die jährlich weltweit aus natürlichen und menschlich beeinflussten Quellen wie Reisfeldern oder Müllhalden freigesetzt wird. Sollte das arktische Methan sein frostiges Gefängnis verlassen, würde dies dem Planeten richtig einheizen – ein Horrorszenario nicht nur für Klimatologen.

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Zackenberg-Tal | Moschusochsen grasen in der Nähe der Untersuchungsflächen im grönländischen Zackenberg-Tal.
Sie überwachen daher an verschiedenen Stellen Sibiriens, Alaskas und Grönlands, wann, wo und in welchen Mengen das chemisch als CH4 abgekürzte Gas aus dem Boden entweicht und wie sich der Klimawandel darauf auswirkt – steigen doch die Temperaturen in den nördlichen Gefilden überdurchschnittlich schnell und stark. So betrug die Erwärmung in Teilen Alaskas oder Kanadas in den letzten Jahren teilweise 3 bis 4 Grad Celsius, und auch auf Grönland stiegen die Werte im Schnitt um bis zu 3,5 Grad Celsius an. In der Folge tauen die Böden der Region früher auf und frieren später wieder zu; zudem zieht sich die Permafrost genannte Dauergefrornis im Substrat in tiefere Lagen zurück und die Auftauschicht wächst während des Sommers.

Gleichzeitig bleiben Bodenbakterien länger umtriebig, die unter Luftabschluss in der feuchten Umgebung aus totem Pflanzenmaterial das gefürchtete Methan erzeugen. Im Winter, wenn trotz Klimawandel immer noch ziemlich knackiger Frost die Arktis fest im Griff hat, sollten sie allerdings pausieren, da die satten Minusgrade sie lahmlegen und Eis den Boden versiegelt. Doch diesem lehrbuchhaften Verhalten müssen nun Forscher um Torben Christensen von der Universität im schwedischen Lund widersprechen: Sie beobachteten, dass die Methanemissionen in ihrem Untersuchungsgebiet im Nordosten Grönlands sogar noch stark anstiegen, wenn der Winter begann und alles zufror.

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Erwärmung in der Arktis | Seit 1981 haben sich große Teile der Arktis erwärmt – bisweilen weit stärker als im globalen Durchschnitt.
Ein Phänomen, das bislang noch nicht gemessen worden war – nach Einbruch der kalten Jahreszeit überwachte niemand mehr die Vorgänge am Boden; nur noch Satelliten zeichneten die Veränderungen in der Atmosphäre auf. Im Rahmen des gerade beendeten Polarjahrs 2007/08 hielten die Wissenschaftler jedoch ihre Forschungsstation im Zackenberg-Tal zwei Monate länger offen als gewöhnlich und konnten dadurch entsprechend spät noch die herbstlichen und frühwinterlichen Stoffströme ihres Sumpfökosystems aufzeichnen.

Der Jahresverlauf bestätigte anfänglich die bislang bekannten Messungen: Nach einem verhaltenen Start im Frühling – der weniger als zwei Prozent zu den gesamten Methanemissionen beitrug – stiegen die Werte den Sommer über an, bis sie Mitte Juli ihren Höhepunkt erreichten. Danach flachten sie wieder ab und verharrten bis Ende September auf einem niedrigen Niveau. Die Kurve verlief entsprechend parallel zur biologischen Aktivität und folgte nahezu perfekt den Bodentemperaturen: Sie hatten sich ebenfalls bis zum Juli relativ stark erwärmt und kühlten sich mit der zunehmend kürzeren Tageslänge im August wie September ab.

Dann erlebten Christensen und seine Kollegen jedoch eine Überraschung: Trotz weiter sinkender Bodentemperaturen schossen die freigesetzten Methangasmengen Ende September in die Höhe und erreichten bisweilen absolute Rekordwerte von 112,5 Milligram pro Quadratmeter und Stunde – nie zuvor hatten Forscher über Tundraböden größere Mengen notiert. Insgesamt trat innerhalb nur eines Monats trotz starker täglicher Schwankungen genauso viel CH4 in die Atmosphäre aus wie während des gesamten Sommers.

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Methanwerte | Methanwerte in der bodennahen Atmosphäre (oben) und in der Stratosphäre (unten). Besonders viel Methan entsteht in tropischen und borealen Feuchtgebieten und in asiatischen Reisfeldern.
Wie konnte das passieren, obwohl die Bakterien langsam ruhten und der Boden gefror? Diesen Frost machen die Geowissenschaftler nun verantwortlich für die Eruption der Methanwerte: Er reißt den Untergrund auf und entlässt so manche Gasblase in die Umgebung. Das vereisende Bodenwasser wiederum vergrößert sein Volumen und quetscht damit das Gas regelrecht aus dem Substrat. Der Boden verschafft sich quasi Platz, indem er das Methan verdrängt – ein Prozess, der in weiter südlich gelegenen Untersuchungsgebieten bislang noch nicht registriert wurde. Womöglich, so Christensen, ist dafür ein dauerhafter Frosthorizont im Boden nötig, der verhindert, dass das Methan auch in tiefer liegende Schichten gedrückt wird.

Treffen die Beobachtungen aus Grönland für alle feuchten Tundren weltweit zu, so könnten dadurch jährlich vier Millionen Tonnen Methan zusätzlich in die Atmosphäre gelangen – zu Zeiten, in denen eigentlich alles winterlich ruhen sollte. Doch Anlass zur Sorge bietet das nicht unbedingt, entwarnen die Forscher: Der ermittelte Wert macht nur einen Bruchteil des global natürlich entstehenden Methans von 175 Millionen Tonnen aus. Und er hat wohl noch kaum auf den Klimawandel reagiert, wie Satellidaten zeigen: Zumindest in der Arktis veränderte sich die CH4-Konzentration in der Atmosphäre nicht.
49. Woche 2008

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 49. Woche 2008

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  • Quellen
Mastepanov, M. et al.: Large tundra methane burst during onset of freezing. In: Nature 456, S. 628–631, 2008.

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