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Auf der Spur des Methans

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 26.06.2008 10:52

Das Projekt COMET erforscht das Schicksal des Treibhausgases Methan im Ozean

Erdgas gilt allgemein als relativ sauberer Energieträger. Bei seiner Verbrennung - es besteht hauptsächlich aus Methan - wird weniger Kohlendioxid freigesetzt, als bei der Verfeuerung von Stein- oder Braunkohle. Andererseits zählt Methan selbst zu jenen Gasen, die maßgeblich zum Treibhauseffekt und damit zur Globalen Erwärmung beitragen. In der Atmosphäre ist es zwar nur in Spuren vorhanden, doch ein einziges Methan-Molekül hat das 23-fache Treibhauspotential eines Kohlendioxid-Teilchens. Das Methan in der Atmosphäre stammt aus völlig unterschiedlichen Quellen, unter anderem aus Sümpfen, Reisplantagen, Rinderfarmen oder Abfalldeponien. Seitdem 1996 größere Methan-Vorkommen auf dem Meeresgrund entdeckt wurden - in Gestalt so genannter Gashydrate -, fragen sich Fachleute, ob auch dieses Methan das Klima beeinflussen kann. Wie viel gelangt von der Tiefsee überhaupt in die Atmosphäre? Darum geht es bei COMET, ein Projekt des Forschungs- und Entwicklungsprogramms GEOTECHNOLOGIEN, das während der nächsten drei Jahre mit 2,7 Millionen Euro gefördert wird. Federführend bei diesem internationalen Vorhaben ist das Kieler Leibniz-Institut für Meereswissenschaften IFM-GEOMAR. Aktionsgebiete sind die Nordsee, der Atlantik vor Marokko und Neuseelands Pazifikküste.


Forschungstauchboot ALVIN blickt auf den Meeresgrund: Die teils zerklüftete Landsschaft zeugt davon, dass sich Gashydrate vom Boden gelöst haben und aufgeschwommen sind.
(c) IFM-GEOMAR

Das marine Methan hat seinen Ursprung zum einen in toten Lebewesen, die auf dem Meeresboden oder im Schlick verwesen. Zum anderen kommt es aus dem Erdinneren. Mitunter entweicht es durch Erdspalten, manchmal steigen Blasen auf. Doch häufig ist es gar nicht so einfach, das Gas aufzuspüren. "Es kann aus dem Sediment in gelöster Form ganz unspektakulär nach oben sickern", erläutert Dr. Peter Linke, Meeresbiologe am Kieler Institut IFM-GEOMAR und COMET-Projektleiter. Diese Tatsache spiegelt sich in dem Begriff wieder, mit dem Fachleute jene Bereiche des Meeresbodens bezeichnen, aus denen Methan austritt: Sie sprechen von "cold seeps" - zu deutsch etwa "kalte Sickerquellen". "Uns interessiert, welche Parameter den Umsatz und die Freisetzung von Methan aus cold seeps und oberflächennahen Gashydraten beeinflussen", erläutert Linke und verweist damit auf eine eisige Mixtur aus Methan und Wasser: Gashydrat. Teils findet man diese Substanz als Brocken auf dem Meeresboden. Teils ist sie fein verteilt mit dem Untergrund vermischt und hält die Sedimente wie Klebstoff zusammen. "Gashydrate enthalten Methan in sehr komprimierter Form", erklärt der Kieler Forscher. Damit sind sie ein deutliches Zeichen für die Anwesenheit des Treibhausgases. Hydrate entstehen jedoch nur, falls Druck und Temperatur im "richtigen" Bereich liegen. Beste Voraussetzungen dafür herrschen ab 500 Metern Wassertiefe: hier ist es kalt, die Temperatur liegt knapp über Null. Und erst unter dem gewaltigen Druck - in dieser Tiefe übersteigt er das 50-fache des normalen Luftdrucks - kann sich Wasser mit Methan zu dem eisähnlichen Gashydrat verbinden.


Struktur von Methanhydrat
(c) IFM-GEOMAR

Doch nicht nur Hydrate weisen auf Methan hin. Die Forscher wollen zudem aufsteigende Methanblasen mithilfe von Sonargeräten aufspüren. Auch halten sie nach Bakterienmatten und bestimmten Muscheln Ausschau. "Sie sind sozusagen die biologischen Indikatoren dafür, dass dort etwas stattfindet, was wir sonst nicht sehen könnten", so Peter Linke. Die Präsenz dieser Lebewesen ist sichtbarer Ausdruck des "benthischen Filters". Der Begriff steht für eine Fülle eng verknüpfter Vorgänge in den oberen Schichten des Meeresbodens, an denen Mikroorganismen und Schalentiere beteiligt sind. Manche dieser Lebewesen haben Methan auf ihrem Speiseplan. Andere wiederum sind von den "Verdauungsprodukten" ihrer Nachbarn abhängig. Der benthische Filter ist eine natürliche Barriere, wie der Kieler Forscher beschreibt: "Es gibt verschiedene Prozesse im Sediment, die verhindern, dass Methan ungehindert ins Wasser und damit letztlich in die Atmosphäre gelangen kann." Und selbst wenn das Treibhausgas schon ins Wasser gedrungen ist - die Fachleute vermuten, dass an seinem Abbau auch im Wasser treibende Bakterien beteiligt sind. Der benthische Filter umfasst mehrere Stufen, so Linke. Völlig unverstanden sei allerdings, wie effektiv diese Stufen arbeiten. COMET soll diese Wissenslücke füllen.

Dazu setzen die Wissenschaftler auf zwei Tauchgeräte, die vom Schiff aus in die Tiefe gelassen werden: BIGO und FLUFO. Sie bestehen jeweils aus einem "Launcher" - bestückt mit Scheinwerfern und Kameras - und einem "Lander" mit den eigentlichen Messinstrumenten. Projektleiter Linke schildert das Vorgehen: "Zunächst schleppen wir die Kombination aus Launcher und Lander in Sichtkontakt über den Meeresboden. Wenn wir biologische Indikatoren finden - also Muschelgemeinschaften oder Bakterienmatten -, setzen wir den Lander ab und entkoppeln ihn vom Launcher und dem Schiffsdraht." Der Lander führt nun vollautomatisch für ein bis zwei Tage Messungen durch, ehe er über ein akustisches Signal das Kommando zum Auftauchen erhält. Dabei kann der Lander auch Proben mit an die Oberfläche holen.


Bergung des FLUFO Landers
(c) IFM-GEOMAR

Vorrangig sind jedoch zunächst Untersuchungen in der Tiefsee. BIGO beispielsweise ist auf bio- und geochemische Untersuchungen ausgelegt und mit zwei Messkammern ausgerüstet. Sie stecken mit ihrer offenen Seite mehrere Zentimeter tief im Sediment. In dem überstehenden Wasser werden Sauerstoff- und Methankonzentrationen sowie andere Parameter gemessen, die Aufschluss geben über die biochemische Aktivität in Wasser und Meeresboden. Bekannt ist, dass bestimmte Organismen des benthischen Filters ohne Sauerstoff auskommen, andere jedoch auf ihn angewiesen sind. "Stülpt man so eine Messkammer auf den Meeresboden, dann wird darin nach kurzer Zeit der Sauerstoff verbraucht sein", erläutert Linke. "Das ist in diesen Sedimenten nach einigen Minuten der Fall. Man schafft so eine Situation, die mit den Realität nicht mehr viel zu tun hat." Der Clou: um dies zu verhindern, ist BIGO mit einer "physikalischen Kieme" versehen, mit der sich der Sauerstoffgehalt innerhalb der Kammer steuern lässt. "Damit kommen wir den natürlichen Bedingungen sehr nahe", sagt der Meeresbiologe. Aber auch den Mangel an Sauerstoff könne man simulieren. Solche Verhältnisse könnte die Globale Erwärmung mit sich bringen. Denn steigt die Temperatur des Ozeans, kann das Meerwasser weniger Sauerstoff aufnehmen. "Wenn da unten weniger Sauerstoff zu Verfügung steht - wie reagiert das System dann?" fragt Linke. Experimente zeigten, dass der biologische Filter durchlässiger würde, fügt er hinzu: "Wir haben dann plötzlich viel höhere Methanflüsse." Ein solches Szenario hätte globale Auswirkungen auf das Klima, meint der Kieler Wissenschaftler.


Methan entweicht aus einer Bodenspalte am Meeresgrund
(c) IFM-GEOMAR

Die Forscher wollen auch untersuchen, wie effektiv der benthische Filter in der Vergangenheit seinen Dienst verrichtete. Im Rahmen von COMET sollen deshalb so genannte Chemoherme vom Meeresboden geborgen werden. Diese Kalkabscheidungen gehen auf einen Verbund von Mikroorganismen zurück, die im benthischen Filter einen zentralen Platz einnehmen. "Bei der Stoffwechselreaktion dieses Konsortiums fällt Carbonat aus. Das führt zu diesen Chemohermen", erklärt Peter Linke. Mit ihnen könne man quasi in die Vergangenheit blicken: "Sie sind für uns die Geoarchive für die Intensität der cold seeps und die Aktivität dieser Mikroorganismen."


Probenentnahme mit Tieftauchroboter ROPOS
(c) IFM-GEOMAR

Neben diesem Blick auf den Meeresgrund nimmt das COMET-Projekt auch das Methan in den oberen Wasserschichten unter die Lupe. Proben werden dazu in unterschiedlichen Tiefen bis zur Wasseroberfläche genommen und der Methangehalt über dem Meeresspiegel wird erfasst. Denn schließlich geht es darum herauszufinden, wie viel vom Boden des Ozeans bis in die Atmosphäre gelangt.

Ergänzt werden diese Felderversuche durch Computersimulationen und Experimente in einem speziellen Druckbehälter - in letzterem lassen sich Methanblasen und Gashydrate unter Laborbedingungen studieren. Dieses Drucklabor, das von der Technischen Universität Hamburg-Harburg gemeinsam mit dem IFM-GEOMAR und weiteren Instituten entwickelt wurde, kann die Verhältnisse in bis zu 5.500 Metern Wassertiefe nachbilden.

Allerdings müssen die Forscher nicht immer so weit in die Tiefe schauen. Nach dem Startschuss des Projekts im Februar 2005 führte die erste COMET-Expedition in die relativ flache Nordsee. Das Team an Bord des Forschungsschiffes "Alkor" nahm im Gebiet zwischen Norwegen und Britischen Inseln unter anderem ein verlassenes Bohrloch in Augenschein. "Dort tritt freies Methan aus und gelangt bis an die Wasseroberfläche", berichtet Projektleiter Peter Linke. Für die Wissenschaftler ideale Bedingungen, um zu studieren, wie sich Methan im Meerwasser verteilt. Für 2006 ist eine weitere Expedition geplant - mit dem neuen Forschungsschiff "Maria S. Merian". Ziel sind die Hydratvorkommen vor Marokko. Und schließlich soll 2007 auch die "Sonne" zum Einsatz kommen. Mit ihr wird das Forschungs- und Entwicklungsprogramm GEOTECHNOLOGIEN die Spur des Methans östlich von Neuseeland verfolgen.

MN, iserundschmidt 09/2005