Altes Pflanzenwachs zeigt, wie sich die globale Erwärmung auf Methan in arktischen Seen auswirkt

Durch die Untersuchung von Fossilien aus alten Wasserpflanzen gewinnen Forscher der Northwestern University und der University of Wyoming (UW) ein besseres Verständnis dafür, wie sich in arktischen Seen produziertes Methan auf den Klimawandel auswirken und von ihm beeinflusst werden könnte.

In einer neuen Studie untersuchten die Forscher die wachsartigen Schichten von Blättern, die als organische Moleküle in Sedimenten aus dem frühen bis mittleren Holozän konserviert sind, einer Zeit intensiver Erwärmung, die aufgrund langsamer Veränderungen der Erdumlaufbahn vor 11.700 bis 4.200 Jahren auftrat. Diese Wachs-Biomarker – die einst Teil gewöhnlicher brauner Wassermoose waren – wurden in Sedimenten konserviert, die unter vier Seen in Grönland vergraben waren.

Die Studie „Wasserstoff- und Kohlenstoffisotope von Wasserpflanzen in grönländischen Seen zeichnen Verschiebungen im Methankreislauf während der Erwärmung im vergangenen Holozän auf“ wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.

Durch die Untersuchung dieser Biomarker entdeckten die Forscher, dass die vergangene Erwärmung während des mittleren Holozäns dazu führte, dass Seen in vielen Klimazonen Grönlands Methan erzeugten. Da Methan ein stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid ist, ist es wichtig, alle Veränderungen der Methanproduktion im Zuge der Erwärmung zu verstehen.

Derzeit haben Forscher nur unvollständige Erkenntnisse darüber, wie viel Methan in arktischen Seen produziert wird und wie sich die anhaltende Erwärmung auf die Methanproduktion auswirkt. Die neue Studie legt nahe, dass die Erwärmung möglicherweise zu einem bisher unterschätzten Fluss der Methanemissionen aus Seen führen könnte.

„Das letzte Mal, als die grönländischen Seen eine starke Erwärmung erlebten, waren wir gerade dabei, die letzte Eiszeit hinter uns zu lassen, und es dauerte einige Zeit, bis sich die Bedingungen für einen verstärkten Methankreislauf in den Seen entwickelten“, sagte Jamie McFarlin, der die Studie leitete. „Aber sobald es sich entwickelte, hielten die Seen in unserer Studie über Tausende von Jahren einen intensivierten Methankreislauf aufrecht, bis die natürlich bedingte Abkühlung im späten Holozän einsetzte. Dies unterstützt eine Klimaabhängigkeit vom Methankreislauf in einigen arktischen Seen.“

„Diese Daten zeigen, dass während vergangener Warmperioden häufiger Methankreislauf stattfindet“, fügte Magdalena Osburn, die leitende Autorin der Studie, hinzu. „Da wir auf einem sich erwärmenden Planeten leben, können wir anhand dieser Zeichen aus der Vergangenheit unsere Zukunft vorhersagen. Wir vermuten, dass dieser Prozess in der Zukunft dieser Seen immer wichtiger werden wird.“

Als die Forschung begann, war McFarlin Doktorand. Student an der Northwestern; Jetzt ist sie Assistenzprofessorin an der UW. Osburn ist außerordentlicher Professor für Erd- und Planetenwissenschaften am Weinberg College of Arts and Sciences im Nordwesten. Osburn beriet McFarlin gemeinsam mit Yarrow Axford, William Deering Professor für Geologische Wissenschaften am Weinberg College und dem zweiten Autor des Artikels.

Seen fungieren als bedeutende natürliche Methanquellen, aber wie stark sich die Methanproduktion mit der anhaltenden Erwärmung in arktischen Seen genau verändern wird, ist nicht vollständig quantifiziert. Und da arktische und boreale Landschaften die sich am schnellsten erwärmenden Regionen der Erde sind, ist es für Forscher unerlässlich, die Dynamik zwischen Erwärmungstemperaturen und Methanproduktion in diesen Seen besser zu verstehen.

Um diese Dynamik zu untersuchen, erstellten die Forscher neue Daten an zwei Seen (Wax Lips Lake und Trifna Sø) und überprüften veröffentlichte Daten von zwei weiteren Seen auf Grönland (N3-See und Pluto-See).

Sie verglichen die Wasserstoffisotopenzusammensetzung von Wachsen von Wasserpflanzen im Sediment mit Biomarkern aus Landpflanzen und anderen Quellen. Die Isotopenzusammensetzung von Biomarkern aus Wasserpflanzen zeigte an den meisten Standorten eine Signatur von Methan im frühen bis mittleren Holozän.

Da diese Pflanzen Methan absorbieren, könnten sie einen Teil des in Seen produzierten Methans reduzieren, bevor es in die Atmosphäre gelangt.

„In den Seen unserer Studie wurde etwas Methan von in den Seen lebenden Wassermoosen aufgenommen – wahrscheinlich durch eine symbiotische Verbindung mit einer Bakterienart, die Methan frisst“, sagte McFarlin.

„Wir wissen noch nicht, wie viel Methan in diesen Seen im Zeitraum unserer Studie produziert und verbraucht wurde, daher bleibt die Gesamtwirkung auf die Atmosphäre unklar. Die Aufnahme von Methan in Pflanzen ist wahrscheinlich auf ganz bestimmte Arten von Wassermoosen beschränkt.“ Allerdings werden nicht alle Seen oder gar alle arktischen Seen die gleiche Dynamik aufweisen.“

„In der Arktis gibt es riesige, mit Seen bedeckte Gebiete“, sagte Axford. „Nicht in jedem See gibt es Moose, die die Methandynamik aufzeichnen, aber unsere Studie zeigt auch, dass diese riesigen Teile der arktischen Seen anfällig für klimabedingte Veränderungen im Methankreislauf sind, unabhängig davon, ob Moose vor Ort sind, um diese Veränderungen zu beobachten oder nicht. Das ist noch nicht der Fall.“ ein weiterer Weg, wie die schnelle Erwärmung in der Arktis das globale Klima beeinflussen könnte.“