Methanquellen der letzten 30.000 Jahre

Eisbohrkerne sind für die Klimaforschung wichtig, da sie das einzige direkte Archiv sind, an dem Wissenschaftler die Zusammensetzung der Atmosphäre und hier insbesondere die Konzentration der Treibhausgase in der Vergangenheit messen können.

Mit Hilfe neu entwickelter Isotopenverfahren ist es Wissenschaftlern des European Project for Ice Coring In Antarctica (EPICA) jetzt gelungen, die wichtigsten Prozesse zu identifizieren, die zu Änderungen der Methankonzentration während des Übergangs von der letzten Eiszeit in unsere Warmzeit führten.

Die heute im Wissenschaftsmagazin nature erschienene Studie zeigt, dass Feuchtgebiete in Eiszeiten deutlich weniger Methan emittieren. Im Gegensatz dazu blieb der Ausstoß von Methan aus Waldbränden zwischen Eis- und Warmzeit erstaunlich konstant.

In der Ausgabe des Wissenschaftsmagazins nature vom 17. April 2008 publizieren Mitarbeiter des Forschungsprojekts EPICA neue Erkenntnisse über die natürlichen Änderungen des zweitwichtigsten Treibhausgases Methan (CH4). Die Wissenschaftler präsentieren zum ersten Mal eine Zeitreihe der kohlenstoffisotopischen Zusammensetzung von Methan (d13CH4) für den gesamten Übergang von der letzten Eiszeit zur Warmzeit. Diese Daten liefern quantitative Information über die Quellen, die für die beobachteten Methanänderungen verantwortlich sind.

Die gut belegten Änderungen der Methankonzentration von Eiszeit zu Warmzeit sind drastisch. Glaziale Konzentrationen betrugen ca. 350 ppbv (parts per billion by volume) und nahmen im Verlauf des Eiszeit/Warmzeit-Übergangs auf ca. 700 ppbv zu. Darüber hinaus beobachtete man Konzentrationsänderungen von ca. 200 ppbv, die mit schnellen Klimaschwankungen verknüpft sind. Im Laufe der letzten Jahrhunderte hat der Mensch durch künstliche Methanemissionen die Methankonzentration auf 1750 ppbv erhöht.

Was verursachte die deutlichen Änderungen der natürlichen Methankonzentration bevor der Mensch eingriff? Um diese Frage zu beantworten, entwickelten die Wissenschaftler eine neue analytische Methode, um das Verhältnis der Isotope 12CH4 und 13CH4 an Eiskernen zu messen. Dieses Verhältnis liefert Informationen über die beteiligten Methanquellen.

„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 in der Helmholtz-Gemeinschaft, Erstautor der Publikation und Koordinator der Gasuntersuchungen an den EPICA-Eiskernen. „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.

Es zeigt sich, dass tropische Feuchtgebiete in der Eiszeit deutlich weniger CH4 emittierten, vermutlich verknüpft mit Änderungen des Niederschlags in Monsungebieten. Gemeinsam mit einer Erniedrigung der atmosphärischen Lebensdauer von Methan, erklärt dies einen Großteil der niedrigeren Methankonzentration in der Eiszeit.

Zusätzlich waren auch die Methanquellen aus Feuchtgebieten in höheren Breiten, der borealen Zone, in der Eiszeit quasi abgeschaltet. Diese Klimaperiode war durch polare Eisschilde in Nordamerika und Nordeuropa, sowie durch sehr niedrige Temperaturen geprägt. Die borealen Quellen wurden aber im Verlauf schneller Klimaerwärmungen wieder reaktiviert. Auch Waldbrände emittieren einen deutlichen Anteil von Methan. Diese Quelle blieb aber zeitlich relativ konstant. Die Daten zeigen auch kein Indiz für eine Freisetzung von Methan durch die Destabilisierung von marinen Gashydraten im Verlauf der Klimaerwärmung nach der letzten Eiszeit.

Die neuen Ergebnisse wurden von einem Wissenschaftlerteam aus Deutschland, Frankreich und der Schweiz veröffentlicht. Als deutscher Partner in EPICA war das Alfred-Wegener-Institut für die Bohrung des Eiskerns verantwortlich, an dem diese Untersuchung durchgeführt wurde. Darüber hinaus erfolgte am Institut in Bremerhaven die Entwicklung neuer analytischer Methoden, um die Isotopenzusammensetzung in Treibhausgasen zu messen und die Änderungen in biogeochemischen Stoffkreisläufen in der Vergangenheit zu interpretieren.

Koordiniert unter dem Dach der European Science Foundation (ESF) wird EPICA durch Beiträge der beteiligten Länder und der Europäischen Union finanziert. EPICA ist eines der zentralen Forschungsprojekte des Alfred-Wegener-Instituts im Forschungsprogramm „Meeres-, Küsten- und Polarsysteme“ im Bereich „Erde und Umwelt“ der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. Für seine außergewöhnlichen Leistungen und seinen entscheidenden Beitrag für die Klimaforschung wurde dem EPICA-Projekt vor kurzem der Descartes-Preis für transnationale Forschung der Europäischen Kommission verliehen.

Die Veröffentlichung „Changing boreal methane sources and constant biomass burning during the last termination“ erscheint am Donnerstag, den 17. April 2008 im Wissenschaftsmagazin nature.

Kontakt an der Universität Bern, Schweiz, ist Prof. Thomas Stocker (+41(0)31/631-4462, E-Mail: stocker@climate.unibe.ch).

Kontakt am Laboratoire de Glaciologie et Geophysique de l'Environnement, Grenoble, Frankreich, ist Dr. Jerome Chappellaz, (+33(0)476/8242-64, E-Mail: jerome@lgge.obs.ujf-grenoble.fr).

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der gemäßigten sowie hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der fünfzehn Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.