Während die globale Erwärmung die arktischen Ökosysteme tiefgreifend verändert, zeigt eine neue Studie, dass Seen in hohen Breitengraden mehr Methan freisetzen könnten als bisher angenommen. Dieses Treibhausgas, das weitaus stärker ist als CO₂, entsteht in den Sedimenten von Seen, die biologisch produktiver geworden sind. Eine besorgniserregende Entwicklung, die auf neue Klimarückkopplungsschleifen hindeutet.
Arktische Seen, die lange Zeit als relativ stabile Kohlenstoffspeicher galten, könnten eine weitaus größere Methanquelle sein als bisher angenommen. Mit steigenden Temperaturen in der Region und den damit einhergehenden Veränderungen der lokalen Ökosysteme könnten diese Seen, die bereits heute weltweit für einen erheblichen Teil der Methanemissionen verantwortlich sind, noch viel größere Mengen des Treibhausgases freisetzen. Eine Studie von Marie Bulínová, Doktorandin an der University of the Arctic (UiT), die am 23. Juli im Journal of Geophysical Research: Biogeosciences veröffentlicht wurde, zeigt, dass die biologische Produktivität arktischer Seen (d. h. die Menge an organischem Material, die von Algen und Wasserpflanzen produziert wird) einen direkten Einfluss auf die Methanproduktion in den Sedimenten hat. Diese wichtige Entdeckung könnte zu einem besseren Verständnis der Rolle dieser Seen bei der globalen Erwärmung beitragen.
Methan ist ein besonders starkes Treibhausgas, das mehr als 25 Mal effektiver als Kohlendioxid ist, um Wärme in der Atmosphäre zu binden. Obwohl es bereits gut dokumentiert ist, dass die arktischen Seen Methan freisetzen, waren die genauen Mechanismen, durch die dieses Gas freigesetzt wird, bislang nur unzureichend verstanden.
Bei der Untersuchung von 10 Seen auf Svalbard und im subarktischen Skandinavien stellte das Forschungsteam fest, dass die Methanproduktion in den Sedimenten in jenen Seen höher war, in denen die biologische Produktivität höher war. Dies umfasst nicht nur eine größere Anzahl von Algen und Wasserpflanzen, sondern auch die Landvegetation, die diese Gewässer umgibt. „Wir waren überrascht, wie klar die Produktivität des Ökosystems mit der Methanproduktion verbunden war“, erklärt Marie Bulínová in einer Pressemitteilung der UiT.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass wärmere und feuchtere Bedingungen diese Produktivität begünstigen, was zu einer erhöhten Freisetzung von Methan aus den Sedimenten in die Wassersäule und möglicherweise in die Atmosphäre führt. Die Forschenden berechneten die Methanflüsse aus den Sedimenten und stellten fest, dass diese je nach den spezifischen Eigenschaften der einzelnen Seen variieren. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass wärmere und feuchtere Bedingungen die biologische Produktivität in den arktischen Seen erhöhen, was wiederum zu Methanemissionen aus den Sedimenten führt“, meint Bulínová.
Die Rolle der arktischen Seen bei der globalen Erwärmung
Obwohl die Methanflüsse in arktischen Seen insgesamt geringer sind als die in gemäßigten oder tropischen Regionen, ist ihr potenzieller Einfluss auf das Klima immer noch signifikant. Das Team verglich die Methanflüsse in der Arktis mit denen in anderen Regionen der Welt und fand heraus, dass die arktischen Emissionen zwar niedriger sind, aber von See zu See stark variieren. Diese Unterschiede werden weitgehend von lokalen Faktoren wie der Vegetationsbedeckung, der Form des Sees und der Zusammensetzung der Sedimente beeinflusst.
Die Studie zeigt außerdem, dass bestimmte arktische Seen, insbesondere solche in höheren Breitengraden, weitaus mehr Methan freisetzen als erwartet, was die Annahme bestärkt, dass diese Ökosysteme in Zukunft zunehmend für die Emissionen dieses Gases verantwortlich sein könnten. „Einer der auffälligen Aspekte dieser Arbeit ist die große Variabilität zwischen den arktischen Seen. Einige setzen viel mehr Methan frei als andere, abhängig von lokalen Faktoren wie der Vegetationsbedeckung, der Form des Sees oder der Zusammensetzung der Sedimente. Deshalb ist es unerlässlich, eine Vielzahl von Seetypen zu untersuchen, wenn wir die Rolle der Arktis in zukünftigen Klimarückkopplungsschleifen verstehen wollen“, fügt Marie Bulínová hinzu.
Diese regionalen Unterschiede, die auf so unterschiedliche Faktoren wie die Form der Seen, die chemische Zusammensetzung der Sedimente und die lokalen klimatischen Bedingungen zurückzuführen sind, erschweren die Abschätzung der Methanflüsse in der Arktis erheblich. Das Forschungsteam hat daher Vorhersagemodelle entwickelt, die maschinelle Lernverfahren nutzen, um diese Variablen besser zu erfassen. Mit diesen Modellen konnten die wichtigsten Faktoren identifiziert werden, die die Methanemissionen beeinflussen, nämlich Temperatur, Niederschlag und Primärproduktivität der Seen. Die Studie unterstreicht somit, wie wichtig es ist, diese Dynamiken besser zu verstehen, um die Entwicklung der Methanemissionen im Kontext der globalen Erwärmung vorherzusagen.
Das Klima im Beschleunigungsmodus
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen einen Teufelskreis auf, der die globale Erwärmung beschleunigen könnte. Da die Temperatur weiter steigt und die Wachstumsperioden der Pflanzen länger werden, werden die arktischen Ökosysteme voraussichtlich produktiver werden, was zu einer erhöhten Freisetzung von Methan führen kann. Dies könnte die Auswirkungen der globalen Erwärmung verstärken, anstatt sie abzuschwächen. „Die Arktis verändert sich schnell und wir müssen alle Rückkopplungsschleifen verstehen, die daran beteiligt sind. Unsere Arbeit deutet darauf hin, dass eine erhöhte Produktivität der Ökosysteme – etwas, das man als positiv betrachten könnte – auch die Freisetzung von Methan erhöhen und so die Erwärmung beschleunigen könnte“, schlussfolgert sie.
Die arktischen Seen, die in den Treibhausgasbilanzen oft vernachlässigt werden, könnten eine zentralere Rolle in den zukünftigen Strategien zur Bekämpfung der globalen Erwärmung spielen als bisher angenommen. Zu einer Zeit, in der die wissenschaftliche Gemeinschaft versucht, die Klimamodelle zu verfeinern und die Methanemissionen in den nördlichen Ökosystemen besser zu verstehen, unterstreicht diese Studie, wie wichtig es ist, alle Faktoren (biologische, geochemische und klimatische) zu berücksichtigen, um die Risiken, die mit diesen Ökosystemen verbunden sind, richtig einzuschätzen.