Forscher entdecken eine unerwartet große Methanquelle in einer wenig bekannten Landschaft

Als Katey Walter Anthony Gerüchte hörte, dass sich unter den Rasenflächen der Bewohner von Fairbanks Methan, ein starkes Treibhausgas, bildete, konnte sie es kaum glauben.

„Ich habe es jahrelang ignoriert, weil ich dachte: ‚Ich bin Limnologe, Methan ist in den Seen‘“, sagte sie.

Doch als ein örtlicher Reporter Walter Anthony, einen Forschungsprofessor am Northern Engineering Institute der University of Alaska Fairbanks, kontaktierte, um den wasserbettähnlichen Boden eines nahegelegenen Golfplatzes zu inspizieren, begann sie, darauf aufmerksam zu werden. Wie andere in Fairbanks zündeten sie „Grasblasen“ an und bestätigten das Vorhandensein von Methan.

Als Walter Anthony sich dann nahegelegene Standorte ansah, stellte sie schockiert fest, dass das Methan nicht nur aus einer Wiese kam. „Ich ging durch den Wald, zwischen Birken und Fichten, und sah, wie Methan in großen, mächtigen Strömen aus dem Boden strömte“, sagte sie.

„Wir einfach hatte „Um das weiter zu untersuchen“, sagte Walter Anthony.

Mit finanzieller Unterstützung der National Science Foundation starteten sie und ihre Kollegen eine umfassende Studie über die Trockengebietsökosysteme im Inneren Alaskas und in der Arktis, um festzustellen, ob es sich dabei um ein einmaliges Phänomen oder um ein unvorhergesehenes Problem handelte.

Ihre Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Naturkommunikation Im vergangenen Juli berichteten Forscher, dass Hochlandlandschaften einige der höchsten Methanemissionen freisetzten, die jemals in nördlichen Landökosystemen beobachtet wurden. Darüber hinaus bestand das Methan aus Kohlenstoff, der mehrere tausend Jahre älter war, als Forscher zuvor in Hochlandumgebungen beobachtet hatten.

„Es ist ein völlig anderes Paradigma als die Art und Weise, wie jeder über Methan denkt“, sagte Walter Anthony.

Angesichts der Tatsache, dass Methan 25- bis 34-mal wirksamer ist als Kohlendioxid, wirft diese Entdeckung neue Bedenken hinsichtlich des Potenzials des auftauenden Permafrosts auf, den globalen Klimawandel zu beschleunigen.

Diese Ergebnisse stellen aktuelle Klimamodelle in Frage, die vorhersagen, dass diese Umgebungen im Zuge der Erwärmung der Arktis eine unbedeutende Methanquelle oder sogar eine Senke sein werden.

Typischerweise werden Methanemissionen mit Feuchtgebieten in Verbindung gebracht, wo niedrige Sauerstoffwerte in wassergesättigten Böden Mikroben begünstigen, die das Gas produzieren. Dennoch waren die Methanemissionen in den gut entwässerten, trockeneren Standorten der Studie teilweise höher als in feuchten Gebieten.

Dies gilt insbesondere für die Winteremissionen, die an manchen Standorten fünfmal höher waren als die Emissionen aus nördlichen Feuchtgebieten.

An der Quelle graben

„Ich musste mir und allen anderen beweisen, dass dies kein Golfplatzproblem war“, sagte Walter Anthony.

Sie und ihre Kollegen identifizierten 25 weitere Standorte in den trockenen Hochlandwäldern, Graslandschaften und der Tundra Alaskas und maßen drei Jahre lang den Methanfluss an mehr als 1.200 Standorten im Laufe des Jahres. Zu den Standorten gehörten Gebiete mit hohem Schlamm- und Eisgehalt im Boden und Anzeichen von auftauendem Permafrost, sogenannten Thermokarsthügeln, wo das Auftauen von Eis auf dem Boden dazu führt, dass Teile des Bodens absinken. Dies hinterlässt ein Muster aus kegelförmigen Hügeln und steilen Gräben, das einem „Eierkarton“ ähnelt.

Die Forscher fanden heraus, dass bis auf drei Standorte alle Standorte Methan ausstießen.

Das Forschungsteam, dem Wissenschaftler des Instituts für Arktische Biologie und des Geophysikalischen Instituts der UAF angehörten, kombinierte Flussmessungen mit einer Reihe von Forschungstechniken, darunter Radiokarbondatierung, Geophysik, mikrobielle Genetik und Direktbohrungen in Böden.

Sie fanden heraus, dass einzigartige Formationen namens Taliks, in denen große Taschen vergrabener Erde das ganze Jahr über ungefroren bleiben, wahrscheinlich für die hohen Methanfreisetzungen verantwortlich sind.

Diese warmen Winterzufluchtsorte ermöglichen es Bodenmikroben, aktiv zu bleiben, sich zu zersetzen und Kohlenstoff zu atmen, während sie normalerweise nicht zu den Kohlenstoffemissionen beitragen würden.

Laut Walter Anthony geben Hochlandtaliks für Wissenschaftler Anlass zur Sorge, da sie das Potenzial haben, die Kohlenstoffemissionen aus Permafrost zu erhöhen. „Aber jeder denkt an die damit verbundenen Kohlendioxidemissionen, nicht an das Methan“, sagte sie.

Das Forschungsteam wies darauf hin, dass die Methanemissionen an Standorten, an denen pleistozäne Yedoma-Ablagerungen gefunden werden, besonders hoch seien. Diese Böden enthalten erhebliche Kohlenstoffreserven, die mehrere Dutzend Meter unter der Bodenoberfläche liegen. Walter Anthony vermutet, dass ihr hoher Schlickgehalt verhindert, dass Sauerstoff in die tief aufgetauten Böden der Taliks gelangt, was wiederum Methan produzierende Mikroben begünstigt.

Laut Walter Anthony sind es diese kohlenstoffreichen Vorkommen, die ihre neue Entdeckung zu einem globalen Problem machen. Obwohl Yedoma-Böden nur 3 % der Permafrostregion bedecken, enthalten sie mehr als 25 % des gesamten in nördlichen Permafrostböden gespeicherten Kohlenstoffs.

Die Studie ergab außerdem durch Fernerkundung und numerische Modellierung, dass in der panarktischen Yedoma-Domäne Thermokarsthügel wachsen. Es wird erwartet, dass sich ihre Taliks bis zum 22. Jahrhundert mit der anhaltenden Erwärmung der Arktis massiv bilden.

„Wo immer es hochgelegene Yedoma gibt, die einen Talik bilden, können wir mit einer starken Methanquelle rechnen, besonders im Winter“, sagte Walter Anthony.

„Das bedeutet, dass die Kohlenstoffrückkopplung des Permafrosts in diesem Jahrhundert viel größer sein wird, als sich irgendjemand vorgestellt hat“, sagte sie.