Die Meere und das Treibhausgas Methan

Neben den Methan-Emissionen an Land, zum Beispiel durch intensive Viehzucht oder durch das Auftauen von Permafrost-Gebieten, gelten die potenziellen Emissionen aus den Weltmeeren als eine der größten Sorgen der Wissenschaft im Zusammenhang mit der Wirkung dieses Klimagases auf die Erderwärmung.

Zur Intensität von Methan

Das Treibhausgas Methan (CH₄) wirkt bei der Intensivierung des Treibhauseffektes ungleich stärker als das in den Forschungen und Analysen am meisten genannte Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂). In einem Wissenschaftspapier von Forster ed al. aus dem Jahre 2021 wird dargelegt, dass Methan seit 1750 historisch gesehen für etwas 20 Prozent der bisherigen Strahlungswirkung in der Atmosphäre verantwortlich ist.

In den ersten beiden Jahrzehnten nach seiner Emission ist CH₄ als Treibhausgas etwa 80-mal wirksamer als CO₂. Methan wird jedoch viel schneller aus der Atmosphäre wieder abgebaut, und zwar nach etwa einem Jahrzehnt, während CO₂ jahrhundertelang in der Atmosphäre verbleibt.

Die weltweite Klimawissenschaft sieht Maßnahmen gegen die Emissionen von CH₄ als besonders dringlich an. Eine deutliche Minderung von Methan als Treibhausgas würde einen bedeutenden Beitrag dazu leisten, dass die globale Erwärmung auf 1,5 °C oder 2 °C begrenzt würde.

Methan im Meeresboden

Im Meeresboden kommt CH₄ als Methanhydrat vor, einem eisartigen und gebundenen Feststoff. Bei einer weiteren Erwärmung der Ozeane könnte sich Methanhydrat als Wasser und Methan, also CH₄ ,zerfallen.

Bakterien nutzen Methan am Meeresgrund als Energiequelle und bauen es ab. Dabei wird Kohlenstoff frei, der sich mit Sauerstoff zu Karbonat verbindet.

Die Gruppe der Geowissenschaftler hat in ihrer Studie gemessen,,wie oft schwere Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope nebeneinander in Karbonat eingebaut wurden. Dieser Prozess ist wesentlich von der Wassertemperatur abhängig.

So konnten die Forschenden nach eigenen Angaben wesentlich genauer als mit anderen Verfahren bestimmen, wie warm das Wasser zum Zeitpunkt der Carbonatbildung war.

Mengenschätzung von Methanhydrat in den Böden der Meere

Der globale Bestand an Methanhydrat kann nur geschätzt werden, sei aber nach Aussage des Forschungsberichtes mit den weltweiten Erdölvorkommen vergleichbar.

Die Stabilität von Methanhydraten nimmt mit erhöhtem Wasserdruck zu und bei kühlen Wassertemperaturen ab. Daher sind sie in großen Tiefen ebenso stabiler als bei niedrigen Wassertemperaturen. Veränderungen im Ausmaß der Methan-Entgasung spiegeln Temperaturveränderungen aufgrund lokaler oder globaler Bedingungen wider. Die Erwärmung mittlerer Wassermassen während der jüngsten Enteisungsintervalle kann mit Perioden des Methanaustritts im Südchinesischen Meer und im Golf von Guinea in Verbindung gebracht werden. Eine erhöhte Methanaustrittsaktivität in höheren Breitengraden sei ebenfalls mit Auflösung des Methanhydrats verbunden.

Der globale Methanhaushalt

Methan hat sowohl natürliche Quellen wie zum Beispiel die Auflösung von gebundenem Methanhydrat. Auch in Feuchtgebieten entsteht CH₄ auf natürliche Weise durch mikrobielle. Darüber steigen Methanemissionen aus anthropogenen Quellen permanent an. Als Hauptverursacher gelten fossile Brennstoffe, die Landwirtschaft mit Viehzucht und Reisanbau, die Abfallwirtschaft, vorwiegend über Mülldeponien sowie Brände, wie in einem Wissenschaftspapier aus dem Jahre 2020 von Saunois et al. hervorgeht.

Die dominierende CH₄-Senke ist die atmosphärische Oxidation, denn 88 Prozent werden in der Troposphäre über das Hydroxyradikal (OH) oxidiert. 7 Prozent werden in der Stratosphäre oxidiert. Im atmosphärischen Oxidationsprozess werden fast 100 % des Kohlenstoffs aus CH₄ zu CO₂. Eine kleine Menge (5 Prozent) werden auch durch Bodenaufnahme entfernt.

Die atmosphärische Konzentration von CH4 und ihre Entwicklung im Laufe der Zeit hängen vom Gleichgewicht zwischen diesen verschiedenen Quellen und Senken ab, wobei es damit eine absolute Parallele zu den Emissionen von Kohlendioxid CO₂ gibt.

Fazit

Alle von mir analysierten Studien eint die Besorgnis, dass die CH₄-Emissionen und -Konzentrationen in den letzten Jahren rapide zugenommen haben. Der jüngste Anstieg des atmosphärischen CH₄ begann in etwa im Jahr 2007 und hat sich ab 2014 deutlich beschleunigt. Diese Entwicklung folgte auf eine kurze Phase der Stabilität zwischen 2000 und 2007, wie in einer Studie aus dem Jahre 2019 von Nisbet et al. ersichtlich ist. In einer Studie aus dem Jahre 2020 von Jackson ed.al. wir dargelget, dass der jüngste Anstieg zu etwa gleichen Teilen auf Emissionen aus fossilen Brennstoffquellen und die kombinierten Emissionen aus landwirtschaftlichen Quellen und Abfallquellen zurückzuführen sei.

Der im letzten Jahrzehnt beobachtete Anstieg des atmosphärischen CH₄ folgte im Trend parallel dem Risikoszenario RCP8.5, dem wärmsten Szenario des Weltklimarats IPCC. Aus diesem ginge eine geschätzte globale Erwärmung von 4,3 °C bis 2100 hervor.

Bedenklich, wie auch bei der Diskussion zu den CO₂-Emissionen ist die Tatsache, dass keine Umkehr des Trends bei den Methan-Emissionen in Sicht ist. Nach aktuellen politischen Szenarien werden die CH₄-Emissionen bis 2050 voraussichtlich um 30 % gegenüber dem Stand von 2015 ansteigen. Auch beim Thema Methan müssen die globalen politischen Entscheider mit hoher Dringlichkeit für eine Eindämmung der CH₄-Emissionen sorgen, zum Beispiel durch ambitionierte und verbindlich Reduktionsziele bis 2030 oder 2035! Durch unkalkulierbare natürliche Methan-Emissionsquellen, zum Beispiel aus maritimer Emission von CH₄ oder dem Auftauen von Permafrost-Böden, bestehen unabhängig von den menschengemachten Emissionen von Methan große Risiken für die Erderwärmung, die es einzudämmen gilt.

Quellenhinweise:

Resolving and correcting for kinetic biases on methane seep paleotemperature using carbonate ∆₄₇/∆₄₈ analysis … https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn0155

Beyond CO₂ equivalence: The impacts of methane on climate, ecosystems, and health… https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1462901122001204#bib42