Erderwärmung in der Steinzeit löste vermehrten Ausstoß von Methan aus

Ein Anstieg der Temperaturen setzt nicht nur im Permafrost das Treibhausgas Methan frei, sondern auch in arktischen Seen. Nun haben Forscher der Northwestern University und der University of Wyoming die fossilen Reste von Wasserpflanzen aus jenen arktischen Seen untersucht, um zu verstehen, wie sich das dort produzierte Methan auf die Erderwärmung auswirkt – und wie es von ihm beeinflusst werden könnte.

Zu den untersuchten Pflanzenresten gehören jene mit wachsartigen Beschichtungen auf ihren Blättern, die einst im frühen bis mittleren Holozän (10.000 bis 4.000 v. Chr.) in grönländischen Seen wuchsen. Dieser Teil der Erdgeschichte wird von einer Periode intensiver Erwärmung geprägt – auch holozänes Klimaoptimum genannt – die aufgrund langsamer Veränderungen der Erdumlaufbahn vor 11.700 bis 4.200 Jahren stattfand.

Befristetes Ereignis

Durch die Untersuchung der Pflanzenreste entdeckten die Forscher, dass die vergangene holozäne Erwärmung dazu führte, dass viele grönländische Seen in einem breiten Spektrum Methan produzierten. Da Methan ein stärkeres Treibhausgas ist als Kohlendioxid, sei es wichtig, die Veränderungen in der Methanproduktion bei Erwärmung zu verstehen, so die Forscher.

Derzeit wissen die Wissenschaftler nicht genau, wie viel Methan in den arktischen Seen produziert wurde oder wie sich die Erderwärmung auf die Methanproduktion auswirken wird. Ihre Ende September in der Zeitschrift „Science Advances“ veröffentlichte Studie legt nun nahe, dass die Erwärmung möglicherweise zu einem bisher unterschätzten Anstieg der Methanemissionen aus Seen führen könnte.

„Das letzte Mal, als die grönländischen Seen eine größere Erwärmung erlebten, kamen wir aus der letzten Eiszeit. Es dauerte jedoch einige Zeit, bis sich die Bedingungen für eine Zunahme des Methan-Kreislaufs in den Seen entwickelte“, sagt der Studienleiter Jamie McFarlin. „Aber sobald er sich entwickelt hatte, behielten die Seen in unserer Studie einen verstärkten Methankreislauf für Tausende von Jahren bei, bis die natürlich bedingte Abkühlung im späten Holozän einsetzte.“

Für die Forscher spricht dies für eine Klimaabhängigkeit des Methanzyklus – zumindest in einigen der arktischen Seen. „Diese Daten zeigen, dass der Methanzyklus in den vergangenen Warmzeiten verstärkt war“, fügte Studienautorin Magdalena Osburn hinzu. „Da wir auf einem sich erwärmenden Planeten leben, können wir diese Zeichen aus der Vergangenheit nutzen, um unsere Zukunft vorherzusagen. Wir vermuten, dass dieser Prozess für die Zukunft dieser Seen immer wichtiger werden wird.“

Vier Seen unter der Lupe

Doch warum fiel gerade die Wahl zur Untersuchung auf arktische Seen? Zum einen sind Seen im Allgemeinen nachweislich bedeutende natürliche Emissionsquellen. Zum anderen gehören die arktischen und borealen Landschaften zu den sich am schnellsten erwärmenden Regionen der Erde. Deswegen ist es für viele Forscher unerlässlich, die Dynamik zwischen den steigenden Temperaturen und der Methanproduktion in diesen Seen besser zu verstehen.

Um diese Dynamik im Rahmen ihrer Studie zu untersuchen, sammelten die Forscher neue Daten aus zwei grönländischen Seen („Wax Lips Lake“ und „Trifna Sø“) und überprüften die veröffentlichten Daten von zwei weiteren Seen auf Grönland („Lake N3“ und „Pluto Lake“). Im Anschluss daran verglichen sie die Wasserstoffisotopenzusammensetzung der Wasserpflanzen aus allen vier Seen mit Landpflanzen und anderen Quellen.

Ein Großteil der grönländischen Wasserpflanzen zeigte schließlich eine Methansignatur aus dem frühen bis mittleren Holozän. Da diese Pflanzen Methan aufnehmen, könnten sie einen Teil des in Seen produzierten Methans abfangen, bevor es in die Atmosphäre gelangt.

„In den Seen unserer Studie wurde ein Teil des Methans von den in den Seen lebenden Wassermoosen aufgenommen – wahrscheinlich durch eine Bakterienart, die Methan frisst“, so McFarlin. „Wir wissen noch nicht, wie viel Methan in diesen Seen während des Zeitraums unserer Studie produziert und wie viel verbraucht wurde, sodass der Gesamteffekt auf die Atmosphäre unklar bleibt.“

Ob Wasserpflanzen jedoch Methan aufnehmen, sei von der Art anhängig und beschränke sich wahrscheinlich auf ganz bestimmte Wassermoose. Da diese nicht überall vorkommen, müssen auch nicht alle – arktischen – Seen diese Wechselbeziehung aufweisen.