Grönlands verschwundene Methanhydrate unter dem Eisschild

Die Methanreserven in den Eisschildgebieten der Erde galten lange als Klimarisiko, das sich nur langsam entfaltet. Zwar sollte die Erwärmung der Ozeane die gefrorenen Feststoffe, welche das Gas binden, letztlich destabilisieren, doch rechnete man dafür mit Jahrzehnten oder noch längeren Zeiträumen.

Umso überraschender war der Befund von Sedimentkernen vom Meeresboden vor Nordwestgrönland: Das Gas war praktisch verschwunden. Die Lagerstätten waren nicht bloß teilweise erschöpft, sondern beinahe vollständig leer; zurück blieben nur über den Meeresboden verteilte Krater an den ehemaligen Ablagerungsorten.

Ein Rätsel vor Grönland

Ein internationales, von der University of Manchester geleitetes Forschungsteam bohrte während einer Expedition des International Ocean Discovery Program den Meeresboden der Melville-Bucht im Nordwesten Grönlands an. Untersucht werden sollten Schichten, die bekanntermaßen große Mengen Methanhydrat enthalten.

Methanhydrate sind eisähnliche Feststoffe, in denen Methan unter hohem Druck und bei niedrigen Temperaturen in einem kristallinen Käfig eingeschlossen wird. Sie entstehen unter Kontinentalrändern und in Permafrostgebieten.

Weltweit speichern Hydrate rund 1.800 Milliarden Tonnen Methan. Allein in Polarregionen könnten 80 bis 570 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in dieser Form gebunden sein.

Die Bohrmannschaft erwartete methanreiche Kerne, besonders aus Bereichen, die weiterhin kalt genug sind und ausreichend Druck aufweisen, damit Hydrate stabil bleiben. Stattdessen waren die geborgenen Kerne nahezu leer.

Fehlendes Methan in den Bohrkernen

In den obersten 30 Metern des Sediments enthielten die Kerne an sämtlichen Standorten fast kein Methan. Unterhalb dieser Tiefe stiegen die Konzentrationen wieder auf übliche Werte.

Auch das aus den Sedimentkernen ausgepresste Wasser zeigte dasselbe Muster. In diesen oberflächennahen Schichten lag der Salzgehalt deutlich unter dem normalen Meerwasserwert und sank auf weniger als 25 Promille, verglichen mit einem Hintergrundwert von 34 Promille.

Ein derart niedriger Salzgehalt entsteht in Meeresbodensedimenten nicht zufällig. Eine Süßwasserquelle – und nicht salziges Meerwasser – musste die Schichten durchströmt und ihre Chemie verändert haben.

Die Kombination aus Aussüßung und fehlendem Methan deutete darauf hin, dass sich etwas durch diese Sedimente bewegt hatte: nicht Wärme oder Druck, sondern tatsächlich strömende Flüssigkeit.

Narben am Meeresboden

Dreidimensionale seismische Aufnahmen legten im Untersuchungsgebiet mehr als 50 kreisförmige Vertiefungen offen. Einige ähnelten von Eisbergen gezogenen Rinnen, andere waren Pockmarks – kraterförmige Senken, die entstehen, wenn Flüssigkeit durch Sediment nach oben gedrückt wird.

Die Ansammlung der Pockmarks lag unmittelbar an der Front eines früheren Eisrandes und direkt über den methanarmen Bohrkernen – eine zu präzise Übereinstimmung, um Zufall zu sein.

Professor Mads Huuse, Geologe an der University of Manchester, erklärte, dass sich das Muster erst erschloss, als das Team den Bereich oberhalb der Bohrkerne untersuchte.

„Die Ergebnisse der Bohrungen auf dem nordwestgrönländischen Schelf waren zunächst verwirrend“, sagte Huuse. Erst als die Forschenden die Pockmarks darüber mit der Methanlücke darunter verknüpften, ergab sich ein schlüssiges Bild.

Schmelzwasser unter dem Eis

Den Mechanismus führen die Forschenden auf die letzte Eiszeit zurück. Damals schob sich der grönländische Eisschild über den Kontinentalschelf, während das Inlandeis mehrere Tausend Fuß dick war.

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

Erreichte ausgesüßtes Wasser das Hydrat in diesen tiefen, kalten Schichten – also genau jenen Schichten, die es eigentlich einschließen sollten –, löste sich dieses auf. Eine separate Studie zeigt, dass Wasser ohne gelöstes Methan diesen Verlust aufrechterhalten kann.

Aufgelöst statt nur aufgetaut

Bis zu dieser Studie erklärten Fachleute Methanfreisetzungen überwiegend damit, dass Temperatur- oder Druckveränderungen Hydrate aus ihrem Stabilitätsbereich drängen. Dieser Vorgang verläuft langsam: Es kann Hunderte oder Tausende Jahre dauern, bis Wärme in das Sediment vordringt.

Die Auflösung folgt hingegen einem anderen Prinzip. Solange das vorbeiströmende Wasser noch weiteres Methan aufnehmen kann, gibt das Hydrat weiterhin Gas ab – selbst wenn Druck und Temperatur weiterhin günstig sind.

Die tiefe Kältezone sollte eigentlich als Barriere wirken. Durch Auflösung wird Methan jedoch entfernt, obwohl diese Barriere noch besteht. Zuvor hatte niemand diesen Prozess so eindeutig dokumentiert.

Methan aus einem alten Eisschild

Methan ist ein starkes Treibhausgas; große Methanschübe werden mit einigen der abruptesten Klimaereignisse in der Erdgeschichte in Verbindung gebracht.

Während des Paläozän-Eozän-Temperaturmaximums vor etwa 56 Millionen Jahren stiegen die globalen Temperaturen um rund 5 bis 8 Grad Celsius. Die Ozeane versauerten, und Arten verschwanden.

Als wichtiger Verdächtiger gilt die Destabilisierung von Hydraten. Herkömmliche Modelle konnten jedoch nie vollständig erklären, wie diese Freisetzung schnell genug erfolgt sein könnte, um mit den geologischen Befunden übereinzustimmen.

Der vor Grönland beobachtete Auflösungsweg bietet einen schnelleren Mechanismus, der nicht darauf warten muss, dass Wärme den Meeresboden durchdringt. Eine aktuelle Übersichtsarbeit zählt die Destabilisierung von Hydraten zu den aktiven Klimarückkopplungen.

Eine Warnung aus der Tiefe

„Das Ausmaß dessen, was wir in der Melville-Bucht sehen, ist bemerkenswert“, sagte Huuse. Jene Bedingungen, die die frühere Ausspülung verursachten – Eisrückzug, Druckgradienten und freiliegende Sedimente –, kehren wieder.

Frühere Schätzungen verorteten die Methanfreisetzung aus polaren Hydraten erst in mehreren Jahrhunderten. Die Pockmark-Belege in dieser Untersuchung sowie eine parallele Studie zu arktischen Ausblaskratern lassen jedoch auf einen deutlich engeren Zeitrahmen schließen.

Der Befund sagt keinen unmittelbar bevorstehenden Ausbruch voraus. Er zeigt vielmehr, dass der Meeresboden unter einem sich zurückziehenden Eisschild sein Methan rasch verlieren kann und Pockmarks als einziges Zeugnis zurückbleiben.

Der genaue Zeitpunkt in naher Zukunft bleibt ungewiss. „Da Grönland in einem sich erwärmenden Klima derzeit mehr Schmelzwasser produziert, liefert uns dies eine Warnung aus der Vergangenheit“, sagte Huuse.