Treibhausgas Methan

Die Methanquellen in den letzten 30.000 Jahren. Methan ist ein Treibhausgas. Nun wurde untersucht, wie sich die Konzentration des Methans in der Atmosphäre seit 30.000 Jahren entwickelte.

Methan ist nach dem Kohlenstoffdioxid das zweitwichtigste Treibhausgas in der Erdatmosphäre. Die Treibhauswirkung von Methan ist 23 mal höher als die von Kohlenstoffdioxid. Die Konzentration von Methan in der Erdatmosphäre hat sich seit 1750 von 0,8 ppmv (Teile pro Millionen Volumenteile) auf etwa 1,75 ppmv erhöht.

Methan und Methanquellen

Methan, der Kohlenwasserstoff mit der Formel CH4, ist ein farbloses und geruchloses Gas. Es ist der wichtigste Bestandteil im Erdgas. Das Grubengas in den Lagerstätten von Steinkohle enthält hauptsächlich Methan.

Wenn organische Stoffe unter Luftabschluss faulen bildet sich Sumpfgas. Dies ist ein Gemisch aus Methan und Kohlenstoffdioxid. Das als Biogas bezeichnete Faulgas ist nichts anderes als das natürlich entstehende Sumpfgas. Es besteht zu rund 60% aus Methan und zu rund 35% aus Kohlenstoffdioxid sowie kleinen Anteile an Wasserstoff, Stickstoff und Schwefelwasserstoff.

Auf der Erde werden schätzungsweise 500 Millionen Tonnen Methan pro Jahr emittiert. Rund 70% davon sind Resultat menschlicher Aktivitäten. Durch Ackerbau und Tierhaltung kommt es zur Emission von großen Mengen an Methan. Die Rinderhaltung und der Nassreisanbau sind die wichtigsten Quellen.

Das Projekt

Die Ergebnisse wurden von einem Team aus Deutschland, Frankreich und der Schweiz veröffentlicht. Als deutscher Partner im „European Project for Ice Coring In Antarctica“ (EPICA) übernahm das Alfred-Wegener-Institut die Bohrung des Eiskerns, der für diese Untersuchung benötigt wurde. Am Institut in Bremerhaven erfolgte auch die Entwicklung der analytischen Methoden, um die Zusammensetzung der Treibhausgase nach Isotopen zu messen. Dies war Voraussetzung für die Interpretation der Stoffkreisläufe in der Vergangenheit.

Methan in der Vergangenheit

Im Wissenschaftsmagazin „nature“ vom 17. April  veröffentlichen Mitarbeiter des Forschungsprojekts EPICA neue Erkenntnisse über die natürlichen Änderungen der Konzentration des Treibhausgases Methan in der Erdatmosphäre. Sie präsentieren erstmalig eine Zeitreihe der Zusammensetzung von Methan nach den Isotopen des Kohlenstoffs (d13CH4). Diese Daten wurden für den gesamten Übergang von der letzten Eiszeit bis zur Warmzeit ermittelt.

Eisbohrkerne sind das Archiv, aus dem die Wissenschaft die Zusammensetzung der Atmosphäre in der Vergangenheit ermitteln kann. Auch die Konzentration der Treibhausgase wird aus ihnen bestimmt.

Mit neu entwickelten Isotopenverfahren konnten die Wissenschaftler des Projektes EPICA die wichtigsten Prozesse identifizieren, die die Methankonzentration in der Vergangenheit veränderten. Die in „nature“ erschienene Studie zeigt, dass die Feuchtgebiete der Erde in den Eiszeiten deutlich weniger Methan emittieren. Dagegen blieb der Ausstoß von Methan aus Waldbränden ziemlich konstant.

Die Methankonzentration der Erdatmosphäre änderte sich von Eiszeit zur Warmzeit drastisch. Die Konzentrationen in Eiszeiten lagen bei ca. 0,350 ppmv. Sie erhöhten sich im Verlauf des Übergangs zur Warmzeit auf ca. 0,7 ppmv. Weiter ergaben die Resultate aus den Eisbohrkernen relativ kurzfristige Änderungen der Methankonzentration von ca. 0,200 ppmv. Diese waren mit schnellen Klimaschwankungen verbunden.

In den letzten 250 Jahren hat sich die Methankonzentration der Atmosphäre mehr als verdoppelt und liegt nun bei etwa 1,75 ppmv. Das ist ungefähr der doppelte Wert der maximalen Konzentration der Vergangenheit.

„Diese Untersuchung bringt uns einen deutlichen Schritt weiter voran in unserem Verständnis, was mit den Feuchtgebieten und der Methanemission in der Vergangenheit geschah“, sagt Dr. Hubertus Fischer vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung. „Dieses Verständnis ist auch essentiell, um unsere Vorhersagen zu verbessern, wie der Methanzyklus auf eine fortschreitende Klimaerwärmung in der Zukunft reagieren wird“, so Fischer weiter.

Mit neu entwickelten Isotopenverfahren konnten die Wissenschaftler des Projektes EPICA die wichtigsten Prozesse ermitteln, die die Methankonzentration in der Vergangenheit veränderten. Die in „nature“ erschienene Studie zeigt, dass die tropischen Feuchtgebiete in der Eiszeit deutlich weniger Methan emittierten. Dies war vermutlich mit Änderungen des Niederschlags in den Monsungebieten verbunden. Die atmosphärische Lebensdauer von Methan war bei niedrigen Temperaturen kürzer. Das erklärt einen großen Teil der niedrigeren Methankonzentration in der Eiszeit. Außerdem waren auch die Methanquellen in den Feuchtgebieten der höheren Breiten während der Eiszeit praktisch stillgelegt. Im Verlauf schneller Klimaerwärmungen wurden diese Methanquellen dann wieder schnell reaktiviert.

Auch Waldbrände tragen deutlich zur Emission von Methan bei. Der Beitrag aus dieser Quelle blieb zeitlich ziemlich konstant. Die gewonnenen Daten liefern kein Indiz dafür, dass es im Verlauf der Klimaerwärmung nach der letzten Eiszeit zur Freisetzung von Methan durch Destabilisierung von Methanhydrat in den Meeren kam.

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