Eine Studie zeigt, dass die Methanemissionen aus Feuchtgebieten in hohen Breitengraden signifikant zunehmen.

15. Februar 2024

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von Julie Bobyock, Lawrence Berkeley National Laboratory

Feuchtgebiete sind die größte natürliche Quelle für Methan auf der Erde, ein potentestes Treibhausgas, das die Atmosphäre etwa 30-mal stärker erwärmt als Kohlendioxid. Ein Forscherteam des Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) des Department of Energy hat Daten über Methanemissionen in Feuchtgebieten in der gesamten borealen und arktischen Region analysiert und festgestellt, dass diese Emissionen seit 2002 um etwa 9% gestiegen sind.

Viehbestand und fossile Brennstoffproduktion sind hinsichtlich ihrer Rolle bei der Freisetzung von Tonnen von Methan pro Jahr in die Atmosphäre gut erforscht. Obwohl unsicherer, ist es wichtig, die Emissionen natürlicher Feuchtgebiete zu quantifizieren, um den Klimawandel vorherzusagen.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Methanemissionen aus Feuchtgebieten steigen, weil die Temperaturen in borealen und arktischen Ökosystemen mit etwa viermal der globalen Durchschnittsrate steigen. Es ist jedoch schwer zu sagen, um wie viel, da die Überwachung von Emissionen in diesen weiten und oft wassergesättigten Umgebungen bisher so schwierig war - bis jetzt.

"Boreale und arktische Umgebungen sind kohlenstoffreiche und anfällige Gebiete für Erwärmung", erklärt Qing Zhu, Wissenschaftler am Berkeley Lab, und zusammen mit Kunxiaojia Yuan, Postdoktorandin am Berkeley Lab, Seniorautorin einer neuen Studie. Sie haben Daten aus verschiedenen fortschrittlichen Überwachungsmethoden analysiert, um den 9%igen Anstieg der Emissionen in den letzten zwei Jahrzehnten festzustellen.

In einem diese Woche veröffentlichten Artikel in Nature Climate Change wird ihr Ansatz beschrieben.

"Steigende Temperaturen erhöhen die mikrobielle Aktivität und das Pflanzenwachstum", sagt Zhu. "Diese sind mit der Emission von Gasen wie Methan verbunden. Durch das Verständnis, wie sich natürliche Methanquellen verändern, können wir Treibhausgase genauer überwachen, die Wissenschaftlern Auskunft über den aktuellen und zukünftigen Zustand des Klimawandels geben."

Trotz der Tatsache, dass Methan viel kürzer in der Atmosphäre verweilt als Kohlendioxid – 10 Jahre gegenüber 300 Jahren – ist seine molekulare Struktur macht es 30-mal fähiger, die Atmosphäre zu erwärmen als CO2.

Höhere Temperaturen verstärken nicht nur die mikrobielle Aktivität von Methan freisetzenden Mikroben in gesättigten Böden, sondern sie erhöhen auch den Bereich, der durch wassergesättigte Böden gekennzeichnet ist, in denen diese Mikroorganismen gedeihen, wenn gefrorene Böden auftauen und mehr Niederschläge als Regen statt als Schnee fallen. Das ist der Grund, warum Wissenschaftler erwartet haben, dass die Methanemissionen in diesen höheren Breitengraden zugenommen haben, und warum eine genaue Quantifizierung von Methan dringend erforderlich ist.

Die häufigste Methode zur Messung der Freisetzung von Treibhausgasen besteht darin, Gase, die aus Böden emittiert werden, in einer festen Position innerhalb einer Kammer einzufangen und sie über einen festgelegten Zeitraum ansammeln zu lassen. Eine weitere Methode sind die mehrere Meter hohen Eddy-Kovarianz-Türme, die kontinuierlich den Gasaustausch zwischen Böden, Pflanzen und der Atmosphäre in großen Teilen eines Ökosystems messen – oft an schwer zugänglichen Orten wie Feuchtgebieten.

Das Forscherteam des Berkeley Lab kombinierte Daten, die mit beiden Methoden gewonnen wurden, um mehr als 307 Gesamtjahre an Methanemissionsdaten an Feuchtgebieten in der Arktis-Borealregion zu analysieren. Dadurch wurde ein besseres Bild von den Faktoren gewonnen, die die Emissionen über Hunderte von Hektar Land und über Minuten bis Jahrzehnte beeinflussen.

Das Forscherteam stellte fest, dass von 2002 bis 2021 in diesen Regionen jährlich durchschnittlich 20 Teragramm Methan freigesetzt wurden, was etwa dem Gewicht von etwa 55 Empire State Gebäuden entspricht. Sie stellten außerdem fest, dass die Emissionen seit 2002 um etwa 9% gestiegen sind.

Zusätzlich untersuchten die Forscher zwei "Hotspot"-Gebiete in den arktischen und borealen Regionen, die im Vergleich zu den umgebenden Umgebungen signifikant höhere Methanemissionen pro Flächeneinheit aufweisen. Sie stellten fest, dass etwa die Hälfte der durchschnittlichen jährlichen Emission in diesen Hotspots erfolgte, was zur Informierung und gezielten Reduzierung von Anstrengungen und zukünftigen Messungen beiträgt.

Die Forscher untersuchten auch, welche Umweltfaktoren die höheren Methanemissionen erklären, und fanden zwei Hauptursachen: Temperatur und Pflanzenproduktivität.

Höhere Temperaturen erhöhen die mikrobielle Aktivität. Wenn die Temperaturen steigen – sei es aufgrund des Klimawandels im Durchschnitt oder in bestimmten Jahren aufgrund von Klimavariabilität – wird mehr Methan freigesetzt. Das Team stellte fest, dass die Temperatur die dominierende Kontrolle über die Emissionen aus Feuchtgebieten und deren Variabilität in Boreal-Arctic-Ökosystemen ist.

This can lead to climate feedback, where methane emissions from increased microbial activity increase atmospheric temperatures, leading back to more methane emissions, and so on.

Higher plant productivity increases the amount of carbon in the soil, which fuels methane-producing microbes. The researchers found that when plants were more productive and active, releasing substrates that help microbes to thrive, wetland methane emissions increased.

The team also identified that the year with the highest wetland methane emissions, 2016, was also the warmest year in the high latitudes since 1950.

Because methane has a fairly short lifetime in the atmosphere, it can be reduced and removed relatively quickly,' Zhu explains. 'By providing a more accurate understanding of the role wetlands play in the global climate system and how and at what pace their methane emissions have increased, this research can offer a scientific baseline to help understand and address climate change.'

Journal information: Nature Climate Change

Provided by Lawrence Berkeley National Laboratory