Natürliche Methanemissionen - vom Glazial bis heute

Methan (CH₄) ist ein Treibhausgas, dessen Klimawirkung etwa 28-mal stärker ist als die von Kohlendioxid. Seine atmosphärische Konzentration, die aus antarktischen Eisbohrkernen rekonstruiert werden kann, war für wärmere Perioden immer höher als für Glaziale (Eiszeiten). Die Konzentration verdoppelte sich zwischen dem LGM von ca. 350 Teilen pro Milliarde (ppb) auf etwa 700 ppb im vorindustriellen Zustand und hat sich seit der industriellen Revolution auf das heutige Niveau von 1860 ppb nochmals mehr als verdoppelt. Der letztere Anstieg ist auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen — hauptsächlich auf die Nutzung fossiler Brennstoffe, aber auch auf die Landwirtschaft und die Entsorgung von Abfällen. Der erstgenannte Anstieg trat jedoch auf, als der Mensch das Erdsystem noch nicht in signifikanter Weise beeinflusst hat. Was bewirkte diesen natürlichen Anstieg der CH₄-Konzentration in der Atmosphäre?

Kleinen und Kollegen verwendeten eine Version des Erdsystemmodells des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-ESM), die um Methanprozesse erweitert wurde, um sechs Klimazustände von vor 20000 Jahren bis heute zu simulieren. Das neue Modell berücksichtigt die meisten natürlichen Quellen von Methan: Feuchtgebiete, Feuer und Termiten. Feuchtgebiete sind die wichtigste natürliche Quelle für Methan. Sie stoßen etwa 90% der gesamten Nettoemissionen aus, wobei tropische Feuchtgebiete mehr als doppelt so viel Methan an die Atmosphäre abgeben, wie Feuchtgebiete in hohen Breitengraden. Dr. Thomas Kleinen: „Wir haben das Modell sorgfältig anhand der jüngsten Evaluationen des Methankreislaufs validiert. Sowohl die räumliche Verteilung der Emissionen im heutigen Klima, als auch die Gesamtemissionen, stimmen sehr gut mit Abschätzungen aus Messungen überein".

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Klimaveränderungen zu etwa einer Verdoppelung der Methanemissionen zwischen LGM und PI führten. Prof. Victor Brovkin: „Dies ist ein deutlicher Fortschritt, da unsere Ergebnisse mit den Daten aus Eiskernen übereinstimmen. Frühere Veröffentlichungen unterschätzten die Veränderung der Emissionen und mussten daher Änderungen der atmosphärischen Lebensdauer von CH₄ annehmen, die durch die neuere Forschung in der Atmosphärenchemie nicht gedeckt werden.“ Für die Methanänderung zwischen LGM und PI ist der Klimawandel die letztendliche Ursache, aber die Veränderungen der Temperatur und der Größe der Eisschilde sind für einen Großteil der Änderung der Methanemissionen nicht direkt verantwortlich. Stattdessen konnten Kleinen et al. zeigen, dass die direkte Ursache für die geringeren CH₄-Emissionen im LGM die reduzierten Kohlenstoffmengen im Boden und die niedrigeren CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre sind, die jeweils für etwa 40% der Emissionsreduktion verantwortlich sind, während nur 20% direkt auf die Temperatur- und Eisschildänderungen zurückzuführen sind. Dr. Kleinen: „Da unser Modell wesentliche Aspekte des Methankreislaufes realistisch wiedergibt, halten wir unsere Faktorseparation für robust, vernachlässigte Prozesse können unser Ergebnis nicht wesentlich verändern“.

Die veröffentlichte Forschung ist Teil des vom BMBF geförderten Projekts PalMod, in dem Wissenschaftler*innen von mehreren deutschen Forschungsinstituten den gesamten letzten Eiszeitzyklus mit Hilfe modernster Erdsystemmodelle untersuchen wollen.