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Tauender Permafrost produziert mehr Methan als erwartet

Gewinnung der Proben: Permafrostaufschluss im Sibirischen Lena-Delta. Ein Teil der Proben stammt von dort. (Foto: UHH/CEN/I.Preuss)
Christian Knoblauch mit Sedimentproben aus Sibirien. (Foto: UHH/M.Dingler)

Mit einem Laborversuch über sieben Jahre konnte ein Team um Christian Knoblauch vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg erstmals nachweisen, dass deutlich mehr Methan in tauenden Permafrostböden gebildet werden kann als bisher angenommen. Die Ergebnisse werden im Fachmagazin Nature Climate Change veröffentlicht. Sie ermöglichen verbesserte Hochrechnungen, wie viel Treibhausgase durch ein Auftauen des arktischen Permafrosts weltweit produziert werden können.

Methan (CH4) ist ein wirkungsvolles Treibhausgas, das rund 30 Mal klimaschädlicher ist als Kohlendioxid (CO2). Beide Gase werden in tauenden Permafrostböden gebildet, wenn fossile Tier- und Pflanzenreste im Boden von Mikroorganismen zersetzt werden. Methan entsteht aber nur, wenn kein Sauerstoff vorhanden ist. Bisher galt, dass mehr Treibhausgase entstehen, wenn die Böden trocken und belüftet sind, also Sauerstoff verfügbar ist. Christian Knoblauch und seine Kollegen zeigen jetzt, dass wassergesättigte Permafrostböden ohne Sauerstoff sogar doppelt so klimaschädlich wirken können wie trockenere Böden – die Rolle des Methans wurde stark unterschätzt.

Knoblauch konnte jetzt erstmals direkt im Labor messen und beziffern, wie viel Methan langfristig in tauendem Permafrost gebildet wird. Drei Jahre lang musste das Team warten, bis die rund vierzigtausend Jahre alten Proben aus der sibirischen Arktis schließlich Methan produzierten. Insgesamt hat das Team den Permafrost sieben Jahre lang beobachtet: Eine Langzeitstudie ohne Beispiel.

Ergebnis: Unter Luftabschluss wird genauso viel Methan produziert wie CO2. Da Methan aber weitaus klimawirksamer ist, fällt es sehr viel stärker ins Gewicht. Bisher wurde vermutet, dass im Permafrost unter Sauerstoffabschluss nur sehr geringe Mengen Methan gebildet werden, da es nicht gemessen werden konnte. „Es dauert extrem lange, bis sich in tauendem Permafrost stabile Kulturen von methanbildenden Mikroorganismen entwickeln“, erklärt Knoblauch. „Deshalb war der Nachweis der Methanbildung bisher so schwer.

Durch die Kombination aus prozessbasierten und molekular-mikrobiologischen Methoden konnte unsere Studie erstmals direkt zeigen, dass die methanbildenden Mikroorganismen im tauenden Permafrost einen entscheidenden Einfluss auf das Treibhausgasbudget haben“, ergänzt Ko-Autorin Susanne Liebner vom Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ.

Mit den neuen Daten verbesserte das Team nun Rechenmodelle, die abschätzen wie viel Treibhausgas sich langfristig im Permafrost bildet – und erstellte eine erste Hochrechnung: Bis zu einer Gigatonne Methan und 37 Gigatonnen Kohlendioxid könnten im Permafrost Nordeuropas, Nordasiens und Nordamerikas bis zum Jahr 2100 entstehen, schätzen die AutorInnen. Die Prognose enthält aber Unsicherheiten. Wie tief werden die Böden bis dahin tatsächlich auftauen? Werden sie eher trocken oder nass sein? In jedem Fall machen die neuen Daten jetzt genauere Prognosen zu den Auswirkungen tauender Permafrostböden auf unser Klima möglich.

Dies ist eine Pressemitteilung des Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ.

Originalstudie: Knoblauch, C., Beer, C., Liebner, S., Grigoriev, M.N., Pfeiffer, E.-M., 2018. Methane production as key to the greenhouse gas budget of thawing permafrost. Nature Climate Change, DOI: https://doi.org/10.1038/s41558-018-0095-z

Kontakt:
Dr. Christian Knoblauch
Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN)
Universität Hamburg
christian.knoblauch@uni-hamburg.de
Tel.: +49 40 42838 2277

Stephanie Janssen
Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN)
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Universität Hamburg
stephanie.janssen@uni-hamburg.de
Tel.: +49 40 42838 7596

Jun-Prof. Dr. Susanne Liebner
Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
GFZ-Sektion Geomikrobiologie
Susanne.liebner@gfz-potsdam.de
Tel.: +49 331 288 28817

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