Was könnte die größte Quelle für abiotisches Methangas auf der Erde sein?

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Methan (CH4), der Hauptbestandteil von Erdgas, ist einer der am häufigsten verwendeten „sauberen“ Brennstoffe. Obwohl normalerweise davon ausgegangen wird, dass Methan aus organischem Material stammt, zeigen in letzter Zeit immer mehr Beweise, dass Methan durch abiotische Prozesse produziert werden kann.

In einem kürzlich veröffentlichten Artikel in National Science Review (NSR) demonstrierte das Team von Professor Lifei Zhang von der Universität Peking, dass sich große Mengen Methangas während der fortschreitenden Metamorphose in einer kalten Subduktionszone bilden können, was durch die massiven CH4-reichen Flüssigkeitseinschlüsse in Eklogiten aus West-Tianshan, China, belegt wird.

Basierend auf ihrer Berechnung wird der potenzielle CH4-Fluss aus modernen Subduktionszonen weltweit auf bis zu ~10,8 Mt/Jahr geschätzt. Folglich kann die subduzierte kalte ozeanische Kruste die größte Menge an abiotischem Methan produzieren, zusammen mit anderen abiotischen Methanquellen, wie z. B. aus mittelozeanischen Rücken oder durch Hochdruck-Serpentinisierung.

Massive CH4-reiche Flüssigkeitseinschlüsse wurden in Granat und Omphzit gefunden, die die Hauptbestandteilminerale von Eklogit in der West-Tianshan-Subduktionszone sind (Eklogit ist das wichtigste hochgradige metamorphe Gestein während der kalten Subduktion). Sowohl Isotopenanalysen als auch petrologische Studien zeigten, dass dieses Methan abiotischen Ursprungs war und durch Wasser-Gesteins-Reaktionen während der fortschreitenden Hochdruck- zu Ultrahochdruck-Metamorphose gebildet wurde.

Phasengleichgewichts- und DEW-Simulationen zeigten, dass die günstigen Temperatur-, Druck- und Sauerstoffflüchtigkeitsbedingungen für die abiotische Methanbildung bei 450–560℃, 1,5–3,5 GPa bzw. FMQ-1 bis FMQ-3,5 lagen. Während der kalten Subduktion und Exhumierung der ozeanischen Kruste:

  • Als die ozeanische Kruste auf etwa 50 km abtauchte, wurden die Kohlenstoffspezies in den Flüssigkeiten von reduziertem CH4 dominiert, und sein Anteil beträgt etwa 61 %;
  • Als die ozeanische Kruste auf etwa 80 km subduziert wurde, erreichte CH4 in den Flüssigkeiten das Maximum von etwa 97 %;
  • Als die ozeanische Kruste auf 80-120 km abtauchte, blieb CH4 in den Flüssigkeiten auf dem Maximum von ~97 %;
  • Während der Exhumierung nimmt der CH4-Gehalt in den Flüssigkeiten drastisch ab, während oxidierte Kohlenstoffspezies wie CO2 und H2CO3 allmählich zunehmen.

    • Daraus lässt sich schließen, dass die kalte Subduktionszone die Fabrik von abiotischem CH4-Gas ist, das enormes Methangas bilden kann.

    „Wir berichten von einer großen, bisher übersehenen Quelle von Methangas“, sagte Prof. Zhang, „das freigesetzte abiotische CH4 könnte zu Erdgasvorkommen in flachen Becken beitragen. Andernfalls, wenn es durch Entgasung durch Bogenvulkane in die Atmosphäre gelangt, eine Auswirkung auf das Klima ist angesichts des großen potenziellen Volumens zu erwarten.“

    Mehr Informationen:
    Lijuan Zhang et al, Massive abiotische Methanproduktion in Eklogit während kalter Subduktion, National Science Review (2022). DOI: 10.1093/nsr/nwac207

    Bereitgestellt von Science China Press

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