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Wenn der Permafrostboden auftaut, kann durch Zersetzung Methan entstehen. Das Klimagas kann möglicherweise aber auch aus Gesteinsschichten darunter frei werden. Foto: picture alliance / dpa
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Besorgniserregende Entwicklung in Sibirien Unerwartete Mengen von Methan freigesetzt

Satellitendaten zeigen nach der Hitzewelle in 2020 einen ungewöhnlichen Anstieg des Klimagases in Sibirien. Woher stammt es?

Eine lange Hitzewelle im Sommer 2020 hat offenbar in Sibirien dazu geführt, dass aus Permafrostböden größere Mengen Methan freigesetzt wurden. Zu diesem Ergebnis ist ein Forschungsteam um Nikolaus Froitzheim von der Universität Bonn gekommen, die Studie ist am Montag im Fachjournal „PNAS“ erschienen

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Methan gilt als sehr starkes Treibhausgas, dessen Erwärmungspotenzial um ein Vielfaches höher ist als das von Kohlendioxid. Durch das Auftauen der seit Jahrhunderten gefrorenen Böden in der Polarregion kann Methan freigesetzt werden. Bisher war man davon ausgegangen, dass Treibhausgase aus tauendem Permafrost bis 2100 rund 0,2 Grad Celsius zur globalen Erwärmung beitragen, nach der neuen Studie könnte der Wert auch höher liegen.

Die Forschenden um Froitzheim haben die räumliche und zeitliche Verteilung der Methankonzentrationen in der Luft Nordsibiriens aus den Jahren 2020 und 2021 mit geologischen Karten aus der Satellitenspektroskopie verglichen. Dabei kamen sie zu dem Ergebnis, dass die atmosphärischen Methankonzentrationen über bestimmten geologischen Formationen auf der Taymyr-Halbinsel nach der Hitzewelle deutlich angestiegen sind. Die Forschenden gehen davon aus, dass die Gasemissionen aus Kalksteinformationen stammen.

Die erhöhten Methankonzentrationen hielten demnach bis zum Frühjahr 2021 an, obwohl die Temperaturen dann niedrig waren und die Region von Schnee bedeckt war. Das werten die Autoren als einen Hinweis darauf, dass durch das Auftauen des Permafrosts große Mengen von thermogenem Methan aus den Reservoirs unter und im Permafrost freigesetzt wurden. 

Methan aus Gesteinsschichten bisher nicht im Fokus

Thermogenes Methan entsteht in tiefen Gesteinsschichten durch chemische Umwandlung von Biomasse bei hohem Druck und Temperaturen über dem Gefrierpunkt. Bislang lag das Hauptaugenmerk der Forschung auf Methan, dass beim Auftauen der Böden durch Zersetzung von pflanzlichen und tierischen Überresten in den Permafrostböden selbst entsteht, Methan-Quellen aus Gesteinsschichten wurde kaum beachtet.

Die erhöhten Konzentrationen waren am Taymyr-Faltengürtel und dem Rand der Sibirischen Plattform festgestellt worden, wo der Untergrund von Kalksteinformationen aus dem Paläozoikum gebildet wird. Da die Bodenbildung dort sehr dünn ist oder ganz fehlt, sei die Zersetzung von organischer Substanz in den Böden als Quelle des Methans unwahrscheinlich, so die Autor:innen. Ihre Hypothese: Bisher mit Eis und Gashydrat gefüllte Kluft- und Höhlensysteme im Kalkstein sind durch die Erwärmung durchlässig geworden. „Dadurch dürfte Erdgas, das zum größten Teil aus Methan besteht, aus Lagerstätten im Permafrost und unter dem Permafrost den Weg an die Erdoberfläche gefunden haben“, erklärt Froitzheim.

Polarforscher: „Ein umfangreicheres Problem“

Sollten sich die Ergebnisse der Studie bestätigen, handele es sich durchaus um ein umfangreicheres Problem, das bisher noch nicht beachtet wurde, lautet die Einschätzung von Guido Grosse vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) Potsdam, der nicht an der Studie beteiligt war.

Allerdings hat der Polarforscher einige Bedenken zu der Studie. Um den Effekt der Hitzewelle 2020 zu belegen, müsste es unabhängige Kontrollzeiträume geben, zum Beispiel vor 2020, sagte Grosse dem Science Media Center (SMC). Diese würden allerdings fehlen. Zudem sei keine Modellierung der Auswirkungen der Hitzewelle auf den Permafrost beziehungsweise das Gestein vorgenommen worden. 

Ob die Hitzewelle in wenigen Wochen so tief in den Untergrund eingedrungen ist, um Hydrate zu destabilisieren, könne durch Modelle geklärt werden. „In der Studie aber wird spekuliert“, bemängelt Grosse. So stelle sich auch die Frage, warum die höchsten Emissionen erst im April 2021 gemessen wurden. „Dies sind nicht erklärte Messdaten, wie die Autoren auch selbst sagen.“

Experte: „Bemerkenswerte Satellitendaten“

Hinrich Schaefer vom National Institute of Water & Atmospheric Research in Wellington (Neuseeland) hält die Annahme eines größeren Methanausstoßes aus Gesteinsschichten für besorgniserregend, da dort bislang kein starker Ausstoß gemessen wurde. Er nennt es „bemerkenswert“, wie klar die Gesteinsformationen aus deren Hohlräumen die in gefrorenem Wasser enthaltenen Gase stammen könnten, in den Satellitendaten zu erkennen sind. 

Allerdings gibt Schaefer zu bedenken, dass die erhöhten Methanwerte auch auf Fehlinterpretationen der Rohdaten beruhen könnten. Die Messungen würden von mehreren Parametern beeinflusst, zum Beispiel der Luftfeuchtigkeit und davon, wie gut die Erdoberfläche Sonnenlicht reflektiert. „Einflüsse wie örtliche Geologie und Mikroklima könnten die Ergebnisse verfälschen“, sagte Schaefer, der nicht zu den Autoren der Studie zählt, dem SMC. So würden etwa Winde Luftmassen mit erhöhtem Methan verteilen. Solche Methanwolken seien in den Satellitendaten nicht deutlich erkennbar.

Schaefer hält es daher für wichtig, mit einem atmosphärischen Transportmodell zu berechnen, wie sich das ausgestoßene Methan zur fraglichen Zeit verteilt hat, und örtliche Messungen in Bodennähe zu planen, um die Befunde zu bestätigen. 

Die Wissenschaftler um Froitzheim wollen ihre Hypothese nun auch durch Messungen und Modellrechnungen weiter untersuchen, um herauszufinden, wie viel und wie schnell Erdgas freigesetzt werden kann. „Die geschätzten Erdgasmengen im Untergrund von Nordsibirien sind riesig“, so der Leitauor der Studie Froitzheim. „Wenn Teile davon beim Auftauen des Permafrostes in die Atmosphäre gelangen, könnte dies dramatische Auswirkungen auf das bereits überhitzte Weltklima haben.“

Kurzfristige Entwicklung die zum Klimawandel hinzukommt

Auch der an der Untersuchung nicht beteiligte Forscher Dieter Gerten vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) sieht die Ergebnisse mit Sorge. „Wenn sich die These bewahrheitet, wäre dies eine alarmierende, kurzfristige Entwicklung zusätzlich zu der bei fortwährendem Klimawandel zu erwartenden langfristigen, über Jahrhunderte währenden Freisetzung von Kohlendioxid und Methan aus den auftauenden Permafrostböden“, sagte er dem SMC. 

Die Regionen des Permafrosts gelten als eines der Kippelemente des globalen Klimasystems.

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