Forscher finden unerwartet große Methanquelle in übersehener Landschaft

Als Katey Walter Anthony Gerüchte hörte, dass sich Methan, ein starkes Treibhausgas, unter den Rasenflächen ihrer Mitbewohner in Fairbanks ansammele, hätte sie es beinahe nicht geglaubt.

„Ich habe es jahrelang ignoriert, weil ich dachte: ‚Ich bin Limnologin, in Seen ist Methan‘“, sagte sie.

Doch als eine Lokalreporterin Walter Anthony, einen Forschungsprofessor am Institute of Northern Engineering der University of Alaska Fairbanks, kontaktierte, um den wasserbettartigen Boden eines nahegelegenen Golfplatzes zu untersuchen, wurde sie aufmerksam. Wie andere in Fairbanks zündeten sie „Rasenblasen“ an und bestätigten das Vorhandensein von Methangas.

Als Walter Anthony dann in der Nähe nach Methangas suchte, war sie schockiert, dass das Methan nicht nur aus einer Wiese kam. „Ich ging durch den Wald, zwischen Birken und Fichten, und da kam Methangas in großen, kräftigen Strömen aus dem Boden“, sagte sie.

„Wir gerade hatte um das genauer zu untersuchen“, sagte Walter Anthony.

Mit finanzieller Unterstützung der National Science Foundation starteten sie und ihre Kollegen eine umfassende Untersuchung der Trockenland-Ökosysteme im Inneren und in der Arktis Alaskas, um herauszufinden, ob es sich um einen einmaligen Anomalienfall oder ein unvorhergesehenes Problem handelte.

Ihre Studieerschienen in der Zeitschrift Naturkommunikation Im Juli dieses Jahres wurde berichtet, dass Hochlandlandschaften einige der höchsten Methanemissionen ausstoßen, die je in nördlichen terrestrischen Ökosystemen registriert wurden. Mehr noch: Das Methan bestand aus Kohlenstoff, der Tausende von Jahren älter war als das, was Forscher zuvor in Hochlandumgebungen beobachtet hatten.

„Das ist ein völlig anderes Paradigma als die Art und Weise, wie jeder über Methan denkt“, sagte Walter Anthony.

Da Methan eine 25- bis 34-mal stärkere Wirkung als Kohlendioxid hat, gibt diese Entdeckung Anlass zu neuen Befürchtungen, dass das Auftauen des Permafrosts den globalen Klimawandel beschleunigen könnte.

Die Ergebnisse stellen aktuelle Klimamodelle in Frage, die voraussagen, dass diese Umgebungen bei der Erwärmung der Arktis eine unbedeutende Methanquelle oder sogar eine Methansenke sein werden.

Methanemissionen treten normalerweise in Feuchtgebieten auf, wo der niedrige Sauerstoffgehalt in wassergesättigten Böden Mikroben begünstigt, die das Gas produzieren. Dennoch waren die Methanemissionen an den gut entwässerten, trockeneren Standorten der Studie in einigen Fällen höher als die in Feuchtgebieten gemessenen Werte.

Dies traf insbesondere auf die Emissionen im Winter zu, die an manchen Standorten fünfmal höher waren als die Emissionen aus nördlichen Feuchtgebieten.

Der Quelle auf der Spur

„Ich musste mir und allen anderen beweisen, dass das nicht nur auf Golfplätze beschränkt ist“, sagte Walter Anthony.

Sie und ihre Kollegen identifizierten 25 weitere Standorte in Alaskas trockenen Hochlandwäldern, Graslandschaften und Tundra und maßen drei Jahre lang das ganze Jahr über an über 1.200 Standorten den Methanfluss. Die Standorte umfassten Gebiete mit hohem Schlick- und Eisgehalt in ihren Böden und Anzeichen von Permafrosttauen, bekannt als Thermokarsthügel, bei denen tauendes Bodeneis dazu führt, dass einige Teile des Landes absinken. Dies hinterlässt ein „Eierkarton“-ähnliches Muster aus kegelförmigen Hügeln und versunkenen Gräben.

Die Forscher stellten fest, dass an allen Standorten, außer dreien, Methan ausgestoßen wurde.

Das Forschungsteam, zu dem auch Wissenschaftler des Institute of Arctic Biology und des Geophysical Institute der UAF gehörten, kombinierte Flussmessungen mit einer Reihe von Forschungstechniken, darunter die Radiokarbondatierung, geophysikalische Messungen, mikrobielle Genetik und direktes Bohren in Böden.

Sie fanden heraus, dass einzigartige Formationen, sogenannte Taliks – tiefe, ausgedehnte Einbuchtungen vergrabener Erde, die das ganze Jahr über nicht gefroren sind – wahrscheinlich für die erhöhten Methanemissionen verantwortlich sind.

In diesen warmen Winterparadiesen können Bodenmikroben aktiv bleiben und Kohlenstoff zersetzen und veratmen – und das in einer Jahreszeit, in der sie normalerweise nicht zu Kohlenstoffemissionen beitragen würden.

Walter Anthony sagte, dass Taliks im Hochland bei Wissenschaftlern zunehmend Anlass zur Sorge geben, weil sie möglicherweise die Kohlenstoffemissionen des Permafrosts erhöhen. „Aber alle denken an die damit verbundene Kohlendioxidfreisetzung, nicht an Methan“, sagte sie.

Das Forschungsteam betonte, dass die Methanemissionen besonders hoch an Standorten mit Yedoma-Ablagerungen aus dem Pleistozän sind. Diese Böden enthalten große Kohlenstoffvorräte, die Dutzende Meter unter der Erdoberfläche liegen. Walter Anthony vermutet, dass ihr hoher Schlickgehalt verhindert, dass Sauerstoff tief aufgetaute Böden in Taliks erreicht, was wiederum Mikroben begünstigt, die Methan produzieren.

Walter Anthony sagte, dass es diese kohlenstoffreichen Ablagerungen seien, die ihre neue Entdeckung zu einem globalen Problem machen. Obwohl die Yedoma-Böden nur 3 % der Permafrostregion bedecken, enthalten sie über 25 % des gesamten Kohlenstoffs, der in nördlichen Permafrostböden gespeichert ist.

Die Studie fand durch Fernerkundung und numerische Modellierung außerdem heraus, dass sich Thermokarsthügel im gesamten arktischen Yedoma-Gebiet entwickeln. Prognosen zufolge werden sich ihre Taliks im 22. Jahrhundert bei anhaltender arktischer Erwärmung großflächig bilden.

„Überall dort, wo es im Hochland Yedoma gibt, das einen Talik bildet, können wir mit einer starken Methanquelle rechnen, insbesondere im Winter“, sagte Walter Anthony.

„Das bedeutet, dass die Kohlenstoff-Rückkopplung aus dem Permafrost in diesem Jahrhundert viel größer sein wird, als irgendjemand gedacht hat“, sagte sie.