Grönlands schwindendes Methanhydrat unter dem Eis

Die Methanreserven in den Eisschilden der Erde gelten seit Langem als langsam heranwachsende Klimabedrohung. Eine Erwärmung der Ozeane sollte die gefrorenen Strukturen, die dieses Gas einschließen, irgendwann destabilisieren – doch man ging davon aus, dass dies Jahrzehnte oder noch länger dauern würde.

Niemand rechnete damit, Sedimentkerne vom Meeresboden vor Nordwestgrönland zu bergen und festzustellen, dass das Gas schlicht verschwunden war: nicht nur teilweise verringert, sondern nahezu vollständig nicht mehr vorhanden. Übrig geblieben sind lediglich über den Meeresboden verstreute Krater, die markieren, wo die Vorkommen einst lagen.

Rätsel vor Grönland

Ein internationales, von der Universität Manchester geleitetes Team bohrte während einer Expedition des Internationalen Programms zur Ozeanentdeckung in den Meeresboden der Melville-Bucht im Nordwesten Grönlands. Ziel war es, Schichten zu beproben, die bekanntermaßen große Mengen an Methanhydraten enthalten.

Methanhydrate sind eisähnliche Feststoffe, in denen Methan unter hohem Druck und bei niedrigen Temperaturen in einer kristallinen Struktur eingeschlossen wird. Sie bilden sich unter Kontinentalrändern und Permafrostgebieten.

Weltweit speichern Hydrate rund 1.800 Milliarden metrische Tonnen Methan. Allein die Polarregionen könnten in dieser Form 80 bis 570 Milliarden metrische Tonnen Kohlenstoff enthalten.

Die Forschenden erwarteten methanreiche Kerne, insbesondere in Bereichen, die noch kalt genug waren und ausreichend Druck aufwiesen, damit Hydrate stabil bleiben. Doch die Bohrkerne waren beinahe leer.

Fehlendes Methan in den Bohrkernen

Die obersten 100 Fuß (30 Meter) des Sediments waren an allen Standorten fast frei von Methan. Unterhalb dieser Tiefe stiegen die Konzentrationen wieder auf normale Werte an.

Auch das aus den Sedimentkernen ausgepresste Wasser zeigte ein vergleichbares Bild. In denselben flachen Schichten lag der Salzgehalt deutlich unter dem normalen Wert von Meerwasser: Er sank unter 25 Promille, während der Hintergrundwert 34 betrug.

Ein derart niedriger Salzgehalt entsteht in Meeresbodensedimenten nicht zufällig. Etwas Süßes – und nicht salziges Meerwasser – musste durch diese Schichten geströmt sein und ihre Chemie verändert haben.

Die Kombination aus der Aussüßung und dem fehlenden Methan deutete darauf hin, dass etwas diese Sedimente durchdrungen hatte: nicht in Form von Wärme oder Druck, sondern als tatsächlich strömende Flüssigkeit.

Narben am Meeresboden

Dreidimensionale seismische Aufnahmen machten im Untersuchungsgebiet mehr als 50 kreisförmige Vertiefungen sichtbar. Einige ähnelten von Eisbergen gezogenen Rinnen, andere waren Pockmarks – kraterartige Senken, in denen Flüssigkeit durch das Sediment nach oben gedrückt worden war.

Die Ansammlung dieser Pockmarks lag genau an der Front eines ehemaligen Eisrandes, direkt über den methanleeren Bohrkernen – eine Anordnung, die zu auffällig für einen Zufall war.

Professor Mads Huuse, Geologe an der Universität Manchester, erklärte, das Muster sei erst verständlich geworden, als das Team die Bereiche über den Bohrkernen betrachtete.

„Die Befunde aus den Bohrungen auf dem nordwestgrönländischen Schelf waren zunächst verwirrend“, sagte Huuse. Alles fügte sich zusammen, als das Team die darüberliegenden Pockmarks mit der darunterliegenden Methanlücke verknüpfte.

Schmelzwasser unter dem grönländischen Eis

Den Mechanismus führt das Team auf die letzte Eiszeit zurück, als sich der Grönländische Eisschild über den Kontinentalschelf schob und das Inlandeis mehrere Tausend Fuß dick war.

Das enorme Gewicht presste Schmelzwasser seitlich und nach unten durch durchlässige Schichten. Wo grobe Sande einen offenen Weg boten, floss das Wasser über Dutzende Meilen, bevor es die Eisfront erreichte.

Als ausgesüßtes Wasser die Hydrate in diesen tiefen, kalten Schichten erreichte – also genau in den Schichten, die das Methan eigentlich fest einschließen sollten –, löste es sie auf. Eine separate Studie zeigt, wie Wasser ohne gelöstes Methan diesen Verlust aufrechterhalten kann.

Aufgelöst statt lediglich aufgetaut

Bis zu dieser Untersuchung erklärten Fachleute die Freisetzung von Methan überwiegend mit Änderungen von Wärme oder Druck, die Hydrate aus ihrem Stabilitätsbereich drängen. Das ist ein langsamer Vorgang: Es kann Hunderte oder Tausende Jahre dauern, bis Wärme in das Sediment eindringt.

Die Auflösung funktioniert anders. Solange das vorbeiströmende Wasser noch weiteres Methan aufnehmen kann, gibt das Hydrat weiterhin Gas ab – selbst wenn Druck und Temperatur günstig bleiben.

Die tiefe Kältezone sollte eigentlich als Barriere wirken. Doch die Auflösung entfernt Methan, während diese Barriere noch besteht. Zuvor hatte niemand diesen Vorgang so eindeutig dokumentiert.

Methan aus alten Eisschilden

Methan ist ein starkes Treibhausgas, und große Methanimpulse wurden mit einigen der abruptesten Klimaereignisse der Erdgeschichte in Verbindung gebracht.

Beim Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum vor etwa 56 Millionen Jahren stiegen die globalen Temperaturen um ungefähr 9 bis 14 Grad Fahrenheit (5 bis 8 Grad Celsius). Die Ozeane versauerten, und Arten verschwanden.

Die Destabilisierung von Hydraten gilt als einer der wichtigsten Verdächtigen. Herkömmliche Modelle konnten nie vollständig erklären, wie diese Freisetzung schnell genug erfolgt sein könnte, um dem geologischen Befund zu entsprechen.

Der vor Grönland beobachtete Auflösungsweg bietet eine schnellere Möglichkeit – eine, die nicht abwarten muss, bis Wärme in den Meeresboden eindringt. Eine aktuelle Übersicht ordnet die Destabilisierung von Hydraten den aktiven Klimarückkopplungen zu.

Warnung aus der Tiefe

„Das Ausmaß dessen, was wir in der Melville-Bucht sehen, ist bemerkenswert“, sagte Huuse. Die Bedingungen, die den alten Ausspülungsvorgang auslösten – Eisrückzug, Druckgradienten und freiliegendes Sediment –, kehren zurück.

Frühere Schätzungen gingen davon aus, dass die Methanfreisetzung aus polaren Hydraten erst in Jahrhunderten relevant werde. Die Pockmark-Belege in dieser Studie und eine parallele Untersuchung zu arktischen Ausbruchkratern legen nahe, dass der Zeitrahmen erheblich kürzer sein könnte.

Das Ergebnis sagt keinen unmittelbar bevorstehenden Ausbruch voraus. Es zeigt jedoch, dass der Meeresboden unter einem sich zurückziehenden Eisschild sein Methan rasch verlieren kann und Pockmarks als einzige Spur zurückbleiben.

Der genaue Zeitpunkt in naher Zukunft bleibt unsicher. „Da Grönland in einem sich erwärmenden Klima gegenwärtig mehr Schmelzwasser produziert, erhalten wir dadurch eine Warnung aus der Vergangenheit“, sagte Huuse.