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Das lange Schmelzen

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 11.04.2017 09:57

Im Jahr 2008 meldete sich eine Expedition an Bord des britischen Forschungsschiffs James Clark Ross mit beunruhigenden Nachrichten von der arktischen Inselgruppe Spitzbergen zurück. Über 250 Gasfahnen, die vom Meeresgrund aufstiegen, hatten die Forscher ausgemacht. Ihre Vermutung: das Gas stammt von Methanhydraten, die sich derzeit im Untergrund auflösen. Das Phänomen wurde seither ausgiebig erforscht - inzwischen scheint ein direkter Zusammenhang mit dem menschengemachten Klimawandel vom Tisch zu sein.

Das bemannte Tauchboot Jago untersuchte Methanschleier auf dem Meeresboden vor Spitzbergen. (Bild: Geomar/K. Hissmann)

Das bemannte Tauchboot Jago untersuchte Methanschleier auf dem Meeresboden zu. (Bild: Geomar/K. Hissmann)

Vor der Küste von Spitzbergen geben die Wissenschaftler Entwarnung. Der menschgemachte Klimawandel hat die Temperaturen dort offenbar noch nicht so sehr beeinflusst, dass sich die Methanhydrate im Sediment beschleunigt auflösen. Zwar blubbert dort aus dem Meeresgrund Methan und mit jeder Ausfahrt entdecken die Forscher mehr Gasfahnen, "doch", so der Geophysiker Christian Berndt "es gibt definitiv keinen Einfluss des Menschen auf das System". Berndt ist Professor für marine Geophysik am Geomar, dem Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, und beschäftigt sich seit gut zehn Jahren intensiv mit dem Schicksal der eisähnlichen Wasser-Gemische, die im Meeresboden westlich des arktischen Archipels gespeichert sind.

Dass der menschengemachte Treibhauseffekt die Wassertemperatur vor Spitzbergen erhöht hat und so die Hydrate zum Schmelzen bringt, ist eine Hypothese, die Wissenschaftler untersuchen, seit eine Expedition mit dem britischen Forschungsschiff James Clark Ross im Jahr 2008 Methanschleier im Meeresgebiet vor Spitzbergen entdeckt hatte. Der Grund: Falls tatsächlich die Hydratvorkommen durch den Klimawandel aufgelöst werden, könnte eine beispiellose Menge von Treibhausgas sich in Richtung Atmosphäre aufmachen und den Temperaturanstieg in der Lufthülle dramatisch beschleunigen. Der World Ocean Review von 2014 schätzt, dass im Untergrund der Weltmeere Methanhydrate mit 500 bis 1500 Gigatonnen Kohlenstoff gespeichert sind. Zum Vergleich: die gesamten Treibhausgasemissionen der Menschheit betragen pro Jahr knapp zehn Gigatonnen.

Forschungsschiffe pilgern nach Prinz-Karl-Vorland


Kontinentalschelf vor Prinz-Karl-Vorland: eines der am häufigsten untersuchten Gebiete des arktischen Archipels. (Bild: Science/Berndt)Der Kontinentalschelf vor Prinz-Karl-Vorland auf Spitzbergen gehört wegen der dort zuerst entdeckten Methanschleier zu den am häufigsten untersuchten Gebieten des arktischen Archipels.

Kein Wunder also, dass das Meeresgebiet westlich von Spitzbergen, vor allem vor der schmalen Insel Prinz-Karl-Vorland, seit 2008 sehr oft von Forschungsschiffen besucht wurde. Dabei hat sich inzwischen herausgestellt, dass die Methanschleier kein lokales Phänomen sind, sondern sich über hunderte Kilometer hinwegziehen. "Wir hatten gar nicht gedacht, dass wir so viele finden werden, das nahm gar kein Ende", berichtet etwa Susan Mau, Wissenschaftlerin am Bremer Zentrum für marine Umweltwissenschaften (MARUM), von ihrer Ausfahrt mit dem deutschen Forschungsschiff Heincke. Die Heincke war im Sommer 2015 die Westküste der Inselgruppe abgefahren, insgesamt mehr als 500 Kilometer von der Bäreninsel im Süden bis zum Kongsfjord im Norden.

Der Meeresboden in der Region ist extrem vielgestaltig. "Es gibt viele Rücken, die durch die glaziale Überformung des Untergrundes zustande kommen", erklärt Christian Berndt. Die Gletscher raspelten in den Kaltzeiten von Spitzbergen kommend den Meeresboden ungleichmäßig ab und hinterließen beim Rückzug eine Abfolge von Tälern und Bergzügen, auf denen zusätzlich das Geröll der Endmoränen liegenblieb. "In den flachen Becken sammelt sich Schlamm an", so Berndt. Das könnte erklären, warum die Heincke-Fahrer vom Marum eher auf den Rücken Gasfontänen entdeckten, als im Sediment der Becken. Der verfestigte Schlamm versperrt die Aufstiegswege für Methan, das sich stattdessen Wege durch die durchlässigeren Schichten der Endmoränen sucht.

Woher kommt das Methan?


Methanhydrate sind brennende, eisähnliche Wasser-Gemische. (Bild: IFM-Geomar)

Methanhydrate sind brennende, eisähnliche Wasser-Gemische. (Bild: IFM-Geomar)

Doch die große Frage blieb, wo der Ursprung des Methans liegt, das den gesamten Kontinentalrand entlang aus dem Boden perlt. Die Spurensuche mit Hilfe von Isotopen-Messungen des Kohlenstoffs im CH4-Molekül, die Susan Mau und Ko-Fahrtleiter Gerhard Bohrmann durchführen ließen, blieb uneindeutig. "Die Proben zeigen sowohl biogene als auch thermogene Signatur", sagt Mau. Biogenes Methan entsteht, wenn Mikroorganismen Biomasse zersetzen, die im Sediment gefangen ist. Es hat mehr vom leichten Kohlenstoff-12, weil das Leben die leichteren Atomvarianten bevorzugt. Thermogenes Methan, das in größerer Tiefe entsteht, weil Biomasse durch die Hitze der tiefen Erdkruste zersetzt wird, zeigt dagegen keine "Schlagseite" zur geringeren Atommasse.

Das Forschungsschiff Heincke an der Station Ny Alesund, Spitzbergen. (Bild: Marum/G. Bohrmann)Mau, Bohrmann und ihre Kollegen stellen daher in ihrem Bericht, der in "Nature Scientific Reports" erschien, eine neue Hypothese auf. Das Methan stamme zum großen Teil aus größeren Sedimenttiefen und dringe entlang einer tektonischen Störungszone, der Hornsund-Bruchzone, an die Oberfläche. Diese zieht sich parallel zur Küste der Insel Spitzbergen am Kontinentalrand entlang und besteht aus einer komplexen Schar von parallelen Störungen. So könnte an verschieden Stellen der Aufstieg von Methan ermöglicht werden. "Der generelle Verlauf unserer Methanausgasungen stimmt so gut mit dem Verlauf der Hornsund-Zone überein, dass wir diese Hypothese aufstellen", so Gerhard Bohrmann, Professor für marine Geologie am Marum, "allerdings ist das ein Analogschluss, der im Einzelfall noch zu belegen ist." Um das zu können, brauchen die Wissenschaftler einen genaueren Blick auf die Störungszone, damit sie die Gasfontänen besser mit den Strukturen im Untergrund in Zusammenhang bringen können. Dafür müssten detailliertere seismische Vermessungen an mehreren Segmenten der Bruchzone durchgeführt werden.

Gasschleier seit rund 9000 Jahren

 

Karbonate am Meeresgrund vor Prinz-Karl-Vorland, Spitzbergen, die von "Jago" beprobt werden. (Bild: Science/C. Berndt)

Karbonate am Meeresgrund vor Prinz-Karl-Vorland, Spitzbergen, die von Jago beprobt werden. (Bild: Science/C. Berndt)

Weiter nördlich, wo 2008 die Methanfahnen zuerst entdeckt wurden, ist die Informationslage wesentlich besser, denn seit der Entdeckung der Methanfontänen vor Prinz-Karl-Vorland steuerten die meisten Expeditionen dieses Seegebiet an. Christian Berndt, der 2008 zur Expedition auf der John Clark Ross gehörte, hat die Gegend mit dem Forschungsschiff Maria S. Merian im August 2012 ausführlich untersucht. Dabei zeigte sich, dass Methanhydrate durchaus die Gasfontänen beeinflussen. Im Winter, wenn die Wärme des vorhergehenden Sommers in der Tiefsee ankommt, beginnen sie sich aufzulösen und bilden sich erneut, wenn im Sommer das Tiefenwasser wieder abkühlt. Allerdings läuft dieser Zyklus vermutlich schon seit vielen Tausend Jahren ab und hat nichts mit dem vom Menschen zu verantwortenden Temperaturanstieg zu tun. Das legt zumindest die Datierung von Kalksteinen nahe, die Christian Berndts Expedition mit dem bemannten Tauchboot "Jago" vom Meeresboden barg. "Wir haben gesehen, dass große Gasausblasungen vor etwa 9000 Jahren stattgefunden haben und dass es seitdem dort geblubbert hat", erklärt der Kieler Geophysiker.

Offenbar ist von den Hydratschichten im Meeresboden nicht mehr viel übrig geblieben, das durch den anthropogenen Treibhauseffekt mobilisiert werden könnte. Eine gemeinsame Expedition von Marum und Geomar mit der Merian hatte im vergangenen Jahr das Meeresbodenbohrgerät des Bremer Instituts mit an Bord und, um damit im Untergrund vor Prinz-Karl-Vorland nach Methanhydraten zu bohren. Die Ergebnisse sind noch nicht publiziert und sollen zum ersten Mal auf der Internationalen Gashydrattagung ICGH vorgestellt werden, die Ende Juni in Denver stattfindet. Mit Details hält sich Fahrtleiter Gerhard Bohrmann daher zurück. "Aber dass wir keine Methanhydrate gefunden haben, die sich auflösen, das können Sie schon schreiben", meint der Bremer Geowissenschaftler.

Keine Hydrate in den Bohrkernen


In den Bohrkernen findet sich eine Chloridanomalie, aus der die Forscher ableiten, dass das Sediment früher Methanhydrat beherbergte, das sich inzwischen aufgelöst hat. "Diese Auflösung ist auf jeden Fall nicht in den letzten 30 Jahren passiert, sondern deutlich, deutlich früher", sagt Bohrmann. Eine genaue Angabe will er nicht machen, aber die MeBo-Kerne scheinen die Befunde von Christian Berndt zu bestätigen, dass vor Spitzbergen bereits seit Beginn des Holozäns Gashydrate schmelzen und Methan ins Meerwasser entlassen.

Wasserprobennahme an Bord des Forschungsschiffs Heincke im Sommer 2015 vor Spitzbergen. (Bild: Marum/G. Bohrmann)

Wasserprobennahme an Bord des FS Heincke vor Spitzbergen. (Bild: Marum/G. Bohrmann)

Bleibt die Frage nach der Klimawirksamkeit dieser Methanschleier. Bisherige Untersuchungen in der Wassersäule zeigen, dass das Klimagas nur zu einem geringen Teil in die Lufthülle gelangt, weil es auf dem Weg zur Meeresoberfläche im Wasser gelöst und von methanliebenden Mikroorganismen verzehrt wird. Der Haken an diesen Untersuchungen: Sie fanden bislang alle im Sommer statt, weil der arktische Winter zu harsch für die Probennahme ist. Der Verdacht liegt nahe, dass nicht nur die menschlichen Forschungsschiffe im Winter ihren Betrieb einstellen, sondern dass auch die Mikroorganismen im Ozean auf besseres Wetter warten. "Diese Saisonalität ist schon eine interessante Sache", meint Susan Mau vom Bremer Marum und präsentiert einen ganzen Strauß von Fragen, denen die Forscher noch nachgehen wollen: "Kann das Methan in den Winterzeiten vielleicht doch bis in die Atmosphäre gelangen? Wird da mehr eingetragen? Wie schaut das aus, wenn da eine Eisdecke drüber ist? Wie wird sich das auch auf mittlere Sicht entwickeln?"