Das Abschmelzen der Gletscher könnte uraltes Methan freisetzen
Eine neue Studie weckt Bedenken hinsichtlich einer Klimarückkopplungsschleife, da schmelzende arktische Gletscher uraltes Methan aus Gesteinsschichten unter dem Eis freisetzen.
Eine neue Studie weckt Bedenken hinsichtlich einer Klimarückkopplungsschleife, da schmelzende arktische Gletscher uraltes Methan aus Gesteinsschichten unter dem Eis freisetzen
Schmelzwasserflüsse, die von den Gletschern auf Spitzbergen abfließen, transportieren uraltes Methan aus Gesteinsschichten unter dem Eis an die Oberfläche, wie neue Forschungsergebnisse zeigen.
Die Ergebnisse decken eine natürliche Rückkopplungsschleife auf, die sich mit fortschreitender Erwärmung der Arktis noch verschärfen könnte. Schmelzende Gletscher können verborgene Wege für Methan, ein starkes Treibhausgas, freilegen. Einfach ausgedrückt: Je mehr Gletscher schmelzen, desto mehr Methan werden sie wahrscheinlich freisetzen.
Methan im Gestein
Die Studie wurde von Gabrielle Kleber geleitet, einer Forscherin am iC3 Polar Research Hub in Tromsø, Norwegen. Ihr Team entnahm Proben aus Flüssen, die Talgletscher im zentralen Teil von Spitzbergen entwässern. In jedem der untersuchten Flüsse fanden sie Methan.
Das Forschungsteam entnahm 148 Wasserproben aus 19 von Gletschern gespeisten Flüssen im zentralen Teil von Spitzbergen und lieferte damit die bislang mit Abstand umfassendste Untersuchung zu Methan im Gletscherschmelzwasser der Region. Jeder Fluss in ihrer Untersuchung enthielt mehr Methan, als durch den Kontakt mit der Atmosphäre zu erwarten wäre; die höchsten Werte lagen bis zu 425-mal über diesem Niveau.
Mitautorin Silje Waaler erklärt, das Team habe die Untersuchung bewusst so konzipiert, um die Vielfalt der Gletscher in der gesamten Region zu erfassen.
„Wir wollten viele verschiedene Gletscher untersuchen, die sich in Bezug auf Gesteinsarten und Eisbedingungen unterscheiden. Das gab uns ein klareres Bild davon, warum manche Gletscherflüsse mehr Methan führen als andere“, sagt sie.
Eine wichtige Erkenntnis ist, dass dieses Methan größtenteils nicht von Mikroben unter dem Eis gebildet wird, wie es unter Gletschern in Grönland beobachtet wurde.
Stattdessen scheint es aus der Geologie von Spitzbergen zu stammen. Viele Teile des Archipels enthalten alte Schieferlagen, die reich an organischem Kohlenstoff sind. Über Millionen von Jahren hinweg können Hitze und Druck dieses Material in Methan und andere Gase umwandeln.
Sie analysierten auch den Kohlenstoff im Methan, um dessen Quelle zu identifizieren. In einigen Proben maßen sie verwandte Gase, darunter Ethan und Propan, was dazu beitrug, zu bestätigen, dass ein Großteil des Methans aus geologischen Quellen stammte.
„Diese Gletscher schmelzen größtenteils an ihrer Oberfläche“, sagt Gabrielle. „Doch dieses Schmelzwasser gelangt durch Gletscherspalten und Löcher bis zum Grund der Gletscher. Das bedeutet, dass es mit dem darunterliegenden Gestein in Wechselwirkung tritt, und wo dieses Gestein uraltes Gas enthält, kann das Wasser Methan in die Flüsse spülen.“
Das methanreichste Wasser stammte von Gletschern, die auf schieferhaltigen Gesteinsformationen ruhten. Doch die Geologie allein reichte nicht aus, um alles zu erklären.
Das Team stellte zudem fest, dass der physikalische Zustand des Gletscherbetts eine Rolle spielt. Gletscher mit aufgetautem, feuchtem und aktivem Bett konnten Methan weitaus besser aufnehmen. Gletscher, die fest mit ihrem Bett vereist waren, hatten eine geringere Verbindung zum darunterliegenden Gestein – selbst wenn methanreiche geologische Schichten vorhanden waren.
Eine Karte, die zeigt, wo Methan entweichen kann
Um diese Prozesse zu verstehen, kombinierten die Forscher Flusschemie mit Eisuntersuchungen. Sie nutzten Bodenradar, um die Eisverhältnisse in ausgewählten Gletschern zu kartieren. Dadurch konnten sie abschätzen, wie viel vom jeweiligen Gletscherbett aufgetaut und wasserdurchlässig war.
Mitautor Leonard Magerl sagt, dass diese Kombination entscheidend war.
„Die Temperatur am Gletscherfuß ist ein wichtiges Puzzleteil“, sagt Leonard. „Wir haben festgestellt, dass die größten Methanfreisetzungen dort auftraten, wo die richtigen Gesteinsformationen und die richtigen Gletscherbedingungen zusammenkamen. Diese Erkenntnis kann helfen, Emissionen aus anderen eisbedeckten Regionen abzuschätzen.“
Die Forscher schätzen, dass landseitige Gletscher auf Svalbard je nach Skalierung der Schätzung jährlich etwa 182 bis 368 Tonnen Methan im Schmelzwasser transportieren könnten. Dies kommt zu früheren, weitaus höheren Schätzungen für Methan hinzu, das aus Grundwasserquellen vor Gletschern freigesetzt wird. Dennoch deutet dies auf einen weit verbreiteten und bisher unterschätzten Weg hin, über den uraltes Kohlenstoff in die Atmosphäre gelangt.
Warum das wichtig ist
Methan ist ein starkes Treibhausgas. Während sich diese Studie auf Spitzbergen konzentriert, treten ähnliche Wege der Methanfreisetzung wahrscheinlich auch in anderen vergletscherten Regionen auf, in denen Eis organisch reichhaltiges Gestein oder Sedimente bedeckt. Dazu gehören große Teile der Arktis, des Himalaya und der Antarktis.
Gabrielle erklärt: „Die hier angegebenen Mengen sind gering im Vergleich zu den vom Menschen verursachten Emissionen aus fossilen Brennstoffen, der Landwirtschaft und Abfällen. Aber sie sind von Bedeutung, weil sie einen natürlichen Rückkopplungskreislauf aufzeigen, der nicht auf Spitzbergen beschränkt ist und der mit der Erwärmung der Arktis zunehmen könnte.“
Wenn Gletscher dünner werden und sich zurückziehen, gelangt möglicherweise mehr Schmelzwasser bis zu ihrem Gletscherbett. Dies kann den Kontakt mit zerklüftetem Gestein, Sedimenten und Grundwasser verstärken. An manchen Stellen könnte dadurch mehr Methan freigesetzt werden.
Allerdings ist die Sachlage nicht so einfach. Bei einigen Gletschern auf Spitzbergen kühlt sich der Untergrund mit fortschreitendem Rückgang sogar ab. Wenn ein Gletscher fest mit seinem Untergrund vereist, könnte seine Fähigkeit, Methan über subglaziale Flüsse auszuspülen, abnehmen.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die zukünftige Methanfreisetzung sowohl von der Geologie als auch von den Veränderungen der Gletscher abhängen wird“, sagt Gabrielle. „Deshalb ist es wichtig zu wissen, was unter dem Eis liegt – und nicht nur, wie schnell das Eis schmilzt.“
Warum das wichtig ist
Methan ist ein starkes Treibhausgas. Während sich diese Studie auf Spitzbergen konzentriert, treten ähnliche Wege der Methanfreisetzung wahrscheinlich auch in anderen vergletscherten Regionen auf, in denen Eis organisch reichhaltiges Gestein oder Sedimente bedeckt. Dazu gehören große Teile der Arktis, des Himalaya und der Antarktis.
Gabrielle erklärt dazu: „Die hier angegebenen Mengen sind gering im Vergleich zu den vom Menschen verursachten Emissionen aus fossilen Brennstoffen, der Landwirtschaft und Abfällen. Aber sie sind von Bedeutung, weil sie einen natürlichen Regelkreis aufzeigen, der nicht auf Spitzbergen beschränkt ist und der mit der Erwärmung der Arktis an Bedeutung gewinnen könnte.“
Wenn Gletscher dünner werden und sich zurückziehen, gelangt möglicherweise mehr Schmelzwasser bis zu ihrem Untergrund. Dies kann den Kontakt mit zerklüftetem Gestein, Sedimenten und Grundwasser verstärken. An manchen Stellen könnte dadurch mehr Methan freigesetzt werden.
Allerdings ist die Sache nicht so einfach. Bei einigen Gletschern auf Spitzbergen kühlt sich der Gletscherboden im Zuge des Rückgangs sogar ab. Wenn ein Gletscher bis auf seinen Boden hin gefriert, könnte seine Fähigkeit, Methan über subglaziale Flüsse auszuspülen, abnehmen.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die zukünftige Methanfreisetzung sowohl von der Geologie als auch von den Veränderungen der Gletscher abhängen wird“, sagt Gabrielle. „Deshalb ist es wichtig zu wissen, was unter dem Eis liegt – und nicht nur, wie schnell das Eis schmilzt.“
Verweise auf frühere Forschungsarbeiten
Die neue Studie knüpft direkt an frühere Arbeiten des iC3 zu Methan im Umfeld zurückweichender Gletscher auf Spitzbergen an. Gabrielle Kleber und Leonard Magerl hatten zuvor festgestellt, dass Schmelzwasser eines Gletschers auf Spitzbergen geologisches Methan aus dem Untergrund transportieren könnte, wodurch pro Fläche mehr Methan freigesetzt wird als bei grönländischen Gletschern. Unterdessen setzen auch neu freigelegte Grundwasserquellen das starke Treibhausgas in den Vorfeldern von Spitzbergen frei, was die vielen bislang kaum erforschten Methanquellen in diesen Umgebungen verdeutlicht.
Die neue Studie, die heute in Nature Communications veröffentlicht wurde, geht einen Schritt weiter. Sie zeigt, dass methanreiches Schmelzwasser nicht auf einen einzigen Gletscher beschränkt ist. Es ist in ganz Zentral-Spitzbergen weit verbreitet, am stärksten jedoch dort, wo sich schieferreiche Geologie und aufgetaute Gletscherbetten überschneiden.
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Die Studie “Subglacial geology and thermal conditions regulate methane emissions from Svalbard glaciers”, wurde als Open-Access-Artikel in „Nature Communications“ veröffentlicht. Die Studie ist ein wichtiger Beitrag zum GlaciGas-Projekt, das vom Universitätszentrum auf Spitzbergen (UNIS) geleitet wird.
Die leitende Forscherin Dr. Gabrielle Kleber und die Mitautoren Leonard Magerl und Silje Waaler arbeiten am iC3 Polar Research Hub, der am Fachbereich Geowissenschaften der UiT – Arktische Universität Norwegens angesiedelt ist. Gabrielle erforscht Methanemissionen in der Arktis und Gletscherhydrologie. Leonard beschäftigt sich mit Gletscherbiogeochemie und Kryosphärenprozessen. Silje untersucht, wie Material, das aus Gletschern freigesetzt wird, Ökosysteme flussabwärts beeinflusst.
