Tauender Permafrost lässt Methan aus der Tiefe entweichen

In einer Studie unter Federführung der Universität Bonn haben Geologen die räumliche und zeitliche Verteilung der Methankonzentration in der Luft Nordsibiriens mit geologischen Karten verglichen. Das Ergebnis: Die Methangehalte der Luft nach der Hitzewelle des vergangenen Jahres deuten darauf hin, dass verstärkte Gasaustritte aus Kalkstein stattfanden.

Welche Auswirkungen hatte die Hitzewelle des Sommers 2020 in Sibirien? In einer Studie unter Federführung der Universität Bonn haben Geologen die räumliche und zeitliche Verteilung der Methankonzentration in der Luft Nordsibiriens mit geologischen Karten verglichen. Das Ergebnis: Die Methangehalte der Luft nach der Hitzewelle des vergangenen Jahres deuten darauf hin, dass verstärkte Gasaustritte aus Kalkstein stattfanden. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht.

Dauerhaft gefrorene Permafrostböden nehmen große Gebiete der Nordhalbkugel ein, vor allem in Nordasien und Nordamerika. Tauen sie in einer wärmer werdenden Welt auf, kann das Gefahren bergen, denn beim Auftauen werden CO2 und Methan frei – und verstärken den menschengemachten Treibhausgaseffekt. „Methan kommt zwar nur in geringer Konzentration vor, ist dabei aber besonders gefährlich, da sein Erwärmungspotenzial um ein Vielfaches höher ist als bei CO2“, erklärt Prof. Dr. Nikolaus Froitzheim vom Institut für Geowissenschaften der Universität Bonn. Pessimisten sprachen deshalb bereits von einer bevorstehenden „Methanbombe“. Die meisten bisherigen Projektionen ergaben jedoch, dass die Treibhausgase aus tauendem Permafrost bis 2100 „nur“ etwa 0,2 Grad Celsius zur globalen Erwärmung beitragen. Diese Annahme stellt jetzt eine neue Studie von Nikolaus Froitzheim, Jaroslaw Majka (Krakau/Uppsala) und Dmitry Zastrozhnov (Sankt Petersburg) in Frage.

In vorherigen Untersuchungen beschäftigten sich Wissenschaftler meist ausschließlich mit den Emissionen, die aus der Zersetzung von pflanzlichen und tierischen Überresten in den Permafrostböden selbst entstehen. In ihrer aktuellen Studie betrachteten die Forscher um Nikolaus Froitzheim die mithilfe der satellitengestützten Spektroskopie ermittelten Methankonzentrationen in der sibirischen Luft und verglichen sie mit geologischen Karten. Dabei stellten sie deutlich erhöhte Konzentrationen in zwei Gebieten von Nordsibirien fest – dem Taymyr-Faltengürtel und dem Rand der Sibirischen Plattform. Auffällig an diesen beiden langgestreckten Gebieten ist, dass der Untergrund dort von Kalksteinformationen aus dem Paläozoikum gebildet wird (dabei handelt es sich um den Zeitraum von circa 541 Millionen Jahren bis circa 251,9 Millionen Jahren vor heute).

In beiden Gebieten traten die um etwa fünf Prozent erhöhten Konzentrationen während der extremen Hitzewelle des Sommers 2020 auf und blieben danach monatelang bestehen. Aber wie kam es überhaupt zum Auftreten des zusätzlichen Methans? „Die Bodenbildungen in den beobachteten Gebieten sind sehr dünn oder fehlen ganz, was die Zersetzung von organischer Substanz in den Böden als Quelle des Methans unwahrscheinlich macht“, sagt Niko Froitzheim. Er und seine Kollegen befürchten daher, dass die bisher mit Eis und Gashydrat gefüllten Kluft- und Höhlensysteme im Kalkstein durch die Erwärmung durchlässig wurden. „Dadurch dürfte Erdgas, das zum größten Teil aus Methan besteht, aus Lagerstätten im Permafrost und unter dem Permafrost den Weg an die Erdoberfläche gefunden haben“, sagt der Wissenschaftler.

Dieser Hypothese wollen die Wissenschaftler nun mit Messungen vor Ort und mit Modellrechnungen nachgehen, um herauszufinden, wie schnell und in welchem Umfang Erdgas freigesetzt werden kann. „Die Mengen von Erdgas, die im Untergrund Nordsibiriens vermutet werden, sind gewaltig. Wenn Teile davon durch den tauenden Permafrost in die Atmosphäre gelangten, könnte das dramatische Auswirkungen auf das ohnehin schon überhitzte Klima der Erde haben“, betont Niko Froitzheim.

Beteiligte Institutionen:

An der Studie waren die Universitäten Bonn, Uppsala und AGH Krakau sowie das Karpinsky Russian Geological Research Institute in St. Petersburg beteiligt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Nikolaus Froitzheim
Institut für Geowissenschaften, Universität Bonn
Tel.: + 49 151 2071 5084
E-Mail: niko.froitzheim@uni-bonn.de

Originalpublikation:

Nikolaus Froitzheim, Jaroslaw Majka & Dmitry Zastrozhnov: Methane release from carbonate rock formations in the Siberian permafrost area during and after the 2020 heat wave. PNAS; https://doi.org/10.1073/pnas.2107632118

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