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Methanfresser in tauendem Permafrost aufgespürt

Tauender arktischer Permafrost (Foto: T. Ryberg, GFZ).

Die globale Erwärmung lässt Dauerfrostböden in arktischen Breiten tauen. Dabei werden große Mengen Kohlenstoff freigesetzt, die zur Bildung des Treibhausgases Methan führen können. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass mikrobielle Aktivität im unter Wasser liegenden Permafrost eine große Menge dieses Methans daran hindert, in die Wassersäule oder die Atmosphäre zu gelangen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Helmholtz-Nachwuchsgruppe MicroCene unter Leitung von Susanne Liebner, GFZ-Sektion Geomikrobiologie, ist es nun erstmals gelungen, die Methan-abbauenden Mikroorganismen zu identifizieren.

Das Team untersuchte Mikrobengemeinschaften in gefrorenen und bereits aufgetauten Sedimentschichten im Küstenbereich der Laptev-See im Osten Sibiriens. Die Organismen sind an die extremen Bedingungen unter großer Kälte und unter Ausschluss von Sauerstoff angepasst. Sie veratmen nicht Sauerstoff, sondern Methan und bauen damit das Treibhausgas ab. Anhand genetischer und geochemischer Untersuchungen konnten die WissenschaftlerInnen Methan-verarbeitende Mikroben in einer unerwartet hohen Vielfalt aufspüren. Zum ersten Mal stieß das Team auf eine Gemeinschaft von Mikroben terrestrischer und mariner Herkunft. Gerade dieses gemeinsame Vorkommen scheint für den Methan-Abbau eine entscheidende Rolle zu spielen.

Ergebnisse können arktische Treibhausgasbilanz beeinflussen

In ihrer Studie, veröffentlicht im Fachjournal Scientific Reports, zeigen die WissenschaftlerInnen, dass zwischen 70 und 100 Prozent des durch das Auftauen freigesetzten Methans schon innerhalb des Sediments durch mikrobielle Aktivität abgebaut werden und gar nicht erst in die Wassersäule und damit auch nicht von dort in die Atmosphäre gelangen. Sie stellten außerdem fest, dass die Mikroben das Methan nicht nur entlang der Taugrenze veratmen, sondern auch in tiefen, noch gefrorenen Sedimentschichten. Matthias Winkel, Erstautor der Studie: „Vieles deutet darauf hin, dass die Veratmung des Methans bereits beginnt, bevor die Sedimente komplett auftauen“.

Wie verbreitet diese Mikrobengemeinschaften über das Untersuchungsgebiet hinaus in Permafrostgebieten sind, bleibt offen. Susanne Liebner: „Zukünftige Studien müssen zeigen, ob die Veratmung von Methan durch Mikroorganismen in Sauerstoff-freien Permafrostsedimenten die Regel oder eher die Ausnahme ist.“ Je nachdem, wie verbreitet dieser Prozess ist, hat er Einfluss auf die Menge des in tauenden Permafrostböden freiwerdenden Treibhausgases Methan. „Unsere Ergebnisse sollten zukünftig in Modellen zur Kohlenstoffdynamik von Permafrostgebieten berücksichtigt werden, da sie deren Treibhausgasbilanzierung enorm beeinflussen könnten“, so Winkel. (ak)

Originalstudie: Winkel, M., Mitzscherling, J., Overduin P. P., Horn, F., Winterfeld, M, Rijkers, R., Grigoriev, M. N. Knoblauch, C., Mangelsdorf, K., Wagner, D., Liebner, S, 2018. Anaerobic methanotrophic communities of marine and terrestrial origin thrive in deep submarine permafrost. Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-018-19505-9

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