23 Grad Süd, 15 Grad Ost: Walvisbaai, Namibia: Der Gestank kommt fast jeden Sommer. Das Meerwasser wird milchig weiß, tote Fische treiben an der Wasseroberfläche und der unangenehme Geruch nach faulen Eiern dringt bis an Land. Es ist giftiger Schwefelwasserstoff, der im Meeresboden entsteht und die Fische tötet. An die Oberfläche kommt das im Wasser leicht lösliche Gas nur, weil das hier ebenfalls hochsprudelnde Methangas es mitreißt. 72 Grad Nord, 14 Grad Ost, Norwegische See: Der Schlammvulkan „Haakon Mosby”, 1250 Meter unter Wasser mitten in nachtschwarzer Tiefe, ist eine Oase des Lebens. Die Flanken des 500 Meter weiten Kraters sind von flauschigen Bakterienmatten bedeckt, weiter außen bedecken wenige Zentimeter große Röhrenwürmer den Meeresboden wie ein Rasen. Die Lebewesen brauchen kein Sonnenlicht. Methan und Schwefelwasserstoff liefern chemische Energie für ihre Lebensprozesse. Über dem Zentrum des Kraters steigt die Methankonzentration auf das Hunderttausendfache an. 44 Grad Nord, 125 Grad West, Cascadia-Subduktionszone: Am Hydratrücken, einem Unterwassergebirge vor der Küste Oregons, ragen bizarre Kalkschlote mehrere Meter auf, an manchen Stellen sprudeln Methanblasen aus dem Boden, die sich erst 400 Meter weiter oben im Wasser auflösen. Eisförmiges Methanhydrat – ein fester Stoff aus Methan und Wasser, der bei hohem Druck und tiefen Temperaturen entsteht – tritt hier und da am Boden zum Vorschein. Manchmal löst sich ein ganzer Eisbrocken und steigt bis zur Meeresoberfläche, wo er sich zischend auflöst. Drei Beispiele für Methanquellen am Meeresgrund, die Schlaglichter auf einen vielseitigen Stoff werfen. Als Gas, Eis oder im Wasser gelöst verlässt Methan (CH4) den Meeresboden. Es ist als Energie-Rohstoff begehrt und als Treibhausgas gefürchtet. Es entsteht durch Fäulnis und Zerfall und ernährt exotische Lebewesen. Sümpfe, Abwässer, Reisfelder und Kuhmägen sind schon lange als Methanquellen bekannt. Ihr Einfluss auf das Weltklima ist nicht unerheblich: Methan wirkt als Treibhausgas 20-mal stärker als Kohlendioxid. Der gesamte Betrag natürlicher Quellen (Feuchtgebiete, Gewässer und Termiten) wird auf 160 Millionen Tonnen jährlich geschätzt. Anthropogene Quellen setzen etwa 340 Millionen Tonnen pro Jahr frei. Zu ihnen zählen Methan aus Ölförderung (100), Rindermägen (80), Reisanbau (50), Verbrennung (30), Deponien (30) und Abwässer (20). Allerdings: Der Ozean wurde bislang zu wenig in die Treibhaus-Rechnung aufgenommen. Die gewaltigen Wassermassen der Weltmeere, so die herrschende Meinung, dichten den gärenden Meeresboden größtenteils ab. „Da sitzen so viele Bakterien in den Startlöchern, die das Methan fressen, dass fast nichts bis zur Atmosphäre kommt”, sagt etwa Ulrich Berner von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover. Doch das steht neuerdings sehr in Frage. „Es gibt Methanquellen, die klimawirksam sind”, widerspricht Bernhard Cramer, ebenfalls an der BGR. „Aber wir wissen nicht, wie viele.” Daher ist noch unklar, wie viel Methan tatsächlich aus dem Meer kommt. „Es gibt keine verlässlichen Mengenabschätzungen”, sagt Bo Barker Jørgensen, Direktor des Bremer Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie, „da bislang weder flächendeckende Messungen noch Langzeit-Untersuchungen existieren.” Wie sehr man sich täuschen kann, zeigen die Entgasungen vor Namibia. Lange wurde angenommen, dass es sich nur um kleinere lokale Ereignisse handelt. Satellitenbilder beweisen jedoch, dass die „Gasrülpser” häufig und weit verbreitet sind und manchmal auf einer Strecke von 200 Kilometern vor der Küste Westafrikas stattfinden, schrieb die südafrikanische Forscherin Scarla Weeks kürzlich im Fachblatt „nature”. Wie viel Methan aus dem Meer weltweit freigesetzt werden kann, müssen weitere Forschungen zeigen. Bis zu zehn Millionen Tonnen jährlich könnten es gegenwärtig durchaus sein. In jedem Fall hat das Methan schon einen langen Weg hinter sich, bevor es aus dem Ozean austritt. Der verzweigte Kreislauf des Faulgases beginnt an Land. Die Flüsse transportieren von dort Sedimente, Tier- und Pflanzenreste in die Schelfmeere und zu den Kontinentalhängen. Diese organischen Substanzen, die von der Meeresoberfläche zu Boden sinken, sind Rohstoff für die Methanproduktion. Im Laufe der Jahrtausende sammeln sich dort mächtige Schlammschichten an. Wenn ein Sedimentbecken tief in der Erdkruste verschwindet, wie es zum Beispiel vor vielen Millionen Jahren mit den Schichten des Schwarzen Jura unter dem heutigen Norddeutschland geschah, wird das organische Material durch die Erdwärme zersetzt. Dabei entstehen Erdöl und Erdgas – eine komplizierte Mixtur unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe, angefangen von der einfachsten Verbindung Methan bis hin zu Ketten und Ringen aus 20 oder mehr Kohlenstoff-Atomen. Die Erdwärme treibt schließlich das im Verhältnis zum Gestein leichte Öl und Erdgas, dessen Hauptbestandteil Methan ist, nach oben. Den größten Teil des marinen Methans produzieren Archäen, eine Gruppe von Mikroorganismen, die früher missverständlich als Archäobakterien bezeichnet wurden. Tief im Meeresboden zersetzen diese Einzeller Tier- und Pflanzenreste und geben Methan als Endprodukt des Stoffwechsels ab – fast 400 Millionen Tonnen jährlich, also mehr als der anthropogene Anteil an Land. Das Gewicht der oben liegenden Schichten und tektonische Kräfte pressen den Meeresboden zusammen, zum Beispiel an den aktiven Kontinentalrändern, wo sich eine ozeanische Platte unter einen Kontinent schiebt. Durch diesen Druck wandert das Methan, zusammen mit anderen Fluiden, entlang von Klüften und Spalten an die Meeresoberfläche. Doch bevor es den Ozean erreicht, wird der größte Teil des Treibhausgases gefressen. Im sauerstofffreien Sediment lauern Mikroben, die durch einen Trick an die chemische Energie des Methans gelangen. Schwefelbakterien und Archäen schließen sich zu einer Symbiose zusammen. Die Archäen sind in der Lage, Methan ohne Sauerstoff zu knacken und in Wasserstoff, Kohlendioxid und möglicherweise in Kohlenwasserstoffe wie Acetat, Methanol oder Formiat (Salz der Ameisensäure) zu verwandeln. Die Zwischenprodukte werden von den Schwefelbakterien als Energiequelle genutzt. Dazu holen sie sich Sauerstoff aus Sulfat, das zusammen mit Meerwasser in den Boden dringt. Diese Verbindung reduzieren sie zu Schwefelwasserstoff, der als Faulgas entweichen kann. „Die Symbiose aus Archäen und Schwefelbakterien ist extrem erfolgreich, aber wie sie genau funktioniert, wissen wir noch nicht”, meint Antje Boetius vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI). Sie spürte vor zwei Jahren am Hydratrücken eigentümliche Konsortien aus etwa hundert Archäen auf, die von einer Schicht Schwefelbakterien umgeben waren. „ Offenbar tauschen die beiden Arten Stoffwechselprodukte aus, um ihr Energieproblem zu lösen.” Weil der Energiegewinn trotz allem gering ist, müssen die Konsortien enorme Mengen Methan umsetzen – womöglich zum Wohle des Weltklimas. Victoria Orphan vom Monterey Bay Aquarium Research Institute in Kalifornien schätzt, dass die Einzeller 80 Prozent des Methans aus marinen Sedimenten fressen – etwa 300 Millionen Tonnen pro Jahr. In der Frühzeit der Erdgeschichte, als die Atmosphäre kaum Sauerstoff enthielt, dafür aber reichlich Methan und Sulfat aus Vulkanen, könnten die Methanoxidierer einen galoppierenden Treibhauseffekt verhindert und den Weg in eine wohl temperierte Welt geebnet haben. „Wären sie nicht an irgendeinem Punkt der Erdgeschichte entstanden, dann gäbe es uns wahrscheinlich nicht”, sagt Kai Uwe Hinrichs von der amerikanischen Woods Hole Oceanographic Institution. Oft legt das Methan vor dem Weg ins Wasser noch eine Zwischenstation ein. Unter kalten, tiefen Meeresregionen, besonders an den Kontinentalhängen, verbindet sich das aufsteigende Methan im Meeresboden mit eingedrungenem Meerwasser zu Methanhydrat, einem eisförmigen Stoff. Das brennbare Eis, das Schätzungen von Keith Kvenvolden vom US Geological Survey zufolge mehr Kohlenstoff speichert als sämtliche weltweiten Kohle-, Erdöl- und Erdgasreserven zusammen, weckt die Begierde von Politikern und Mineralölkonzernen. Doch ob sich marines Methanhydrat je abbauen lässt, ist unklar: „Das Konzept, dass Hydrat eine statische, kontinuierliche, riesige Ressource ist, ist überholt. Man hält es jetzt für eine dynamische, unzuverlässige Ressource”, sagt etwa der Erdölexperte Jean Laherrère von der Genfer Firma Petroconsultants. „Oft liegt Methanhydrat in der Nähe von tiefen Gesteinsbrüchen, durch die Gas und Fluide entweichen.” Anscheinend lecken solche Hydratreservoirs ständig. Niemand weiß, welche Lebensdauer eine Lagerstätte hat. Da Methanhydrat nur bei tiefen Temperaturen und hohem Druck stabil ist, kann es sich bei veränderten Bedingungen schnell auflösen. So beobachteten Forscher vom Monterey Bay Aquarium Research Institute, dass ein Hydratvorkommen in der Bucht von Monterey nach dem Winter 1996/7 komplett verschwunden war. Damals sorgte eine warme Meeresströmung – El Niño – um eine ein Grad höhere Wassertemperatur. Die Folge: Eine Methanquelle pumpte 200 Liter des Gases pro Minute ins Meer. Auch der Hydratrücken, die bislang am besten untersuchte marine Hydratlagerstätte, ist offenbar instabil: Immer wieder lösen sich ganze Brocken Methanhydrat aus dem Meeresboden und steigen zur Oberfläche. Das belegen unregelmäßige Vertiefungen am Boden und ein Fang kanadischer Fischer etwas nördlich vor der Insel Vancouver. In der Fachzeitschrift „Eos” wird berichtet, dass Fischer mehrere Tonnen Methaneisbrocken in ihren Netzen aus dem Meer zogen. Schon der geringe Druckunterschied von Ebbe und Flut reicht am Hydratrücken aus, um die hydraulischen Verhältnisse im Meeresboden zu verändern. So beobachteten Forscher des Kieler Forschungszentrums für marine Geowissenschaften (Geomar), dass die Menge der Methanblasen, die aus dem Meeresboden entwich, von den Gezeiten abhing. Chris Goldfinger von der Oregon State University befürchtet, dass ein stärkeres Erdbeben, wie es in dieser Gegend alle paar hundert Jahre vorkommt, ausreichen könnte, um die Reservoirs zu destabilisieren und schlagartig größere Methanmengen freizusetzen. Dringt das Methan in flacheren oder wärmeren Meeresregionen oder in niedriger Konzentration aus dem Boden, dann gefriert es nicht zu Methanhydrat, sondern löst sich im Wasser. Solche als „Cold Seeps” bezeichneten kalten Quellen fallen hauptsächlich durch ihre üppige Fauna auf. Rund um die Sickerstellen wachsen weiße Muscheln, spaghettiförmige Röhrenwürmer und dichte Bakterienmatten. Einige der Tiere leben in Symbiose mit Bakterien, die Methan oder Schwefelwasserstoff oxidieren. Auch die weißen Bakterienmatten, die man an allen aktiven Methanquellen findet, bestehen aus Schwefelbakterien, die den im Meeresboden erzeugten Schwefelwasserstoff fressen. Die ersten kalten Quellen wurden Ende der achtziger Jahre von Geomar-Forschern entdeckt. „Ihre Verteilung ist überhaupt noch nicht erforscht”, sagt Prof. Erwin Suess. „Aber wo wir nach ihnen gesucht haben, haben wir auch welche gefunden.” Andere Formen von Methanaustritten sind Schlammvulkane und Pockmarks. Sobald das Methan ins Meer gelangt, verliert sich sein Weg. Ein Teil löst sich im Wasser, wenn auch nur schwer. Je höher der Druck und je tiefer die Temperatur ist, desto mehr Methan kann das Meerwasser aufnehmen. Rund um eine Quelle sinkt die Konzentration schnell, weil die Strömung das Gas wegträgt und verdünnt. Auch das gelöste Methan verschwindet offenbar. Wird es gefressen? „Niemand weiß, von wem”, sagt Antje Boetius. Seit langem ist bekannt, dass es einen Schwellenwert gibt, unter den die Methankonzentration nicht sinkt. „Möglicherweise lohnt es sich für die Bakterien dann nicht mehr, das Methan zu oxidieren”, vermutet Ellen Damm vom AWI. Kommt mehr Methan aus dem Boden, als das Meerwasser aufnehmen kann, bilden sich Gasbläschen wie in einer Sprudelflasche. Das beobachteten Suess und seine Kollegen am Hydratrücken, wo die Bläschen nach 400 Metern wieder verschwanden. Im Golf von Mexiko entdeckten Forscher des französischen Meeresforschungsinstituts Ifremer Methanblasen, von einer Ölschicht umhüllt, die vom Meeresboden bis zur Oberfläche aufstiegen und erst dort zerplatzten. Das Meerwasser ist in der Regel untersättigt an Methan, sodass es theoretisch noch große Mengen aufnehmen kann -– auch aus der Atmosphäre, wo sich die Konzentration seit 1840 durch Landwirtschaft und Viehzucht verdoppelt hat. Doch wahrscheinlich kann der Ozean auch zur Quelle werden, wenn in der Nähe seiner Oberfläche Methan entsteht. Dafür könnten verfaulende Algen verantwortlich sein oder Stoffwechselaktivitäten von Zooplankton. Solche Meeresregionen mit erhöhter Methankonzentration entdeckte Ellen Damm in der Arktis. Vor allem die Schelfmeere dürften Methanquellen sein, sagt BGR-Experte Bernhard Cramer: „Dort ist die Wassertiefe oft zu gering, um das Methan ordentlich zu verdünnen.” In der Atmosphäre überleben die letzten verbliebenen Methanmoleküle nicht lange: Das „Waschmittel” der Atmosphäre, das aggressive Hydroxyl-Radikal, zersetzt Methan in Kohlendioxid und Wasser. Die mittlere Lebensdauer eines Methanmoleküls in der Atmosphäre liegt bei etwa zehn Jahren. Dennoch ist die Befürchtung, Methan aus dem Meer könne das Weltklima drastisch verändern, nicht aus der Luft gegriffen. Das jüngste Beispiel aus der Erdgeschichte liegt 55 Millionen Jahre zurück. Damals erwärmte sich die Erde plötzlich um bis zu sieben Grad. Zahlreiche Meeresbewohner starben aus, auch viele urtümlichen Säugetiere verschwanden. Möglicherweise löste die beginnende Kollision von Indien mit Asien die ersten Methanhydrat-Reservoirs im Meeresboden auf, was eine Kettenreaktion zur Folge hatte, spekuliert Gavin Schmidt vom Goddard Institute for Space Studies in New York. Er glaubt, dass die enormen Methanmengen das Waschmittel Hydroxyl schnell verbrauchten, sodass das zusätzliche Methan hunderte von Jahren in der Atmosphäre blieb und den Treibhauseffekt erst richtig ankurbelte. Erst nach hunderttausend Jahren normalisierten sich die Temperatur und Chemie der Atmosphäre wieder. Trotz der vielen noch offenen Fragen wäre die Behauptung, das Methan aus dem Meer sei eine größere Gefahr für den Treibhauseffekt als das anthropogene voreilig und übertrieben. Zur Zeit belasten menschliche Methanemissionen die Atmosphäre deutlich mehr als marine Quellen. „Wenn alles seinen normalen Gang geht, haben die Methanfresser im Meeresboden alles im Griff”, meint Antje Boetius. „Die Ausnahme sind Katastrophen wie Erdbeben oder das Abrutschen von Hängen, bei denen auf einen Schlag so viel Methan freigesetzt wird, dass die Mikroben es nicht verarbeiten können.” Auch in der Gegenwart ist ein Methan-GAU für das Klima denkbar. Wenn sich die Tiefsee, wo derzeit Kühlschrank-Temperaturen herrschen, so stark erwärmt, dass sich die Methanhydrat-Lagerstätten im Meeresboden plötzlich auflösen würden, könnte das ähnliche Folgen haben wie vor 55 Millionen Jahren.
Kompakt
Methan, ein starkes Treibhausgas, entsteht bei der Zersetzung von Tier- und Pflanzenresten, wenn Sauerstoff fehlt. An Land entweicht das Faulgas aus Sümpfen und Reisfeldern sowie aus den Eingeweiden der Wiederkäuer. Doch die größte Methanquelle ist der Meeresboden. Wie effektiv das Meerwasser das riesige Reservoir von der Atmosphäre abschottet, ist umstritten. In den letzten Jahren haben die Geowissenschaftler ganz unterschiedliche Methanquellen gefunden, die das Gas zum Teil sogar in die Atmosphäre pumpen können.
Schlammvulkane
SIE sind DIE wenig bekannten Geschwister magmatischer Vulkane. Statt heißer Lava quellen bei Schlammvulkanen ständig kalter Schlamm, Wasser und Gas aus den Kratern der bis zu 500 Meter hohen Kegel. In Schlammvulkanen presst der Druck der Erdplatten nicht nur Methan, Wasser und andere Fluide nach oben, sondern auch einen Teil des Sediments. Oft liegen sie in der Nähe großer Erdöllagerstätten. Zu Ausbrüchen wie der des Azeri-Schlammvulkans in Aserbaidschan im Oktober 2001 kommt es nur selten. Nach einer gewaltigen Explosion schoss dort eine mehrere hundert Meter hohe Gasflamme in den Himmel, und Schlamm wurde aus dem Vulkan geschleudert. 220 der 600 bekannten Schlammvulkane an Land liegen in Aserbaidschan. Das riesige, an Öl und Gas reiche Sedimentbecken des Kaspischen Meers steht unter einem so hohen Druck, dass Schlamm und Gas an einigen Stellen aus 12 bis 14 Kilometern Tiefe an die Oberfläche gequetscht werden. Aus den Flanken der Schlammvulkane sickert oft Öl. An einem Hügel in der Nähe der Hauptstadt Baku gibt es eine Gasquelle mit einer nie erlöschenden Flamme. Die entweichende Methanmenge am Kaspischen Meer wird auf 0,2 Millionen Tonnen jährlich geschätzt, kann aber von Jahr zu Jahr erheblich variieren. Schlammvulkane am Meeresboden sind weniger gut untersucht. Im östlichen Mittelmeer sind Teile des Meeresbodens fast völlig von den flachen Kegeln bedeckt. Der einzige bekannte Vertreter in der Arktis ist der kuhfladenförmige, etwa zwei Kilometer große Haakon Mosby, der exotische Bewohner hat: Röhrenwürmer sowie Konsortien von Archäen und Schwefelbakterien.
Pockmarks
An vielen Stellen sammeln sich Methan und Schwefelwasserstoff in Taschen dicht unter dem Meeresboden und brechen dann auf einen Schlag hervor, wenn der Auftrieb groß genug wird – zum Beispiel in der Nord-, Ost- und der Barentssee, in norwegischen Fjorden, am Hydratrücken oder in der Walfischbucht vor Namibia. Dabei entstehen runde Krater, die „Pockmarks”, die den Meeresboden wie Narben überziehen. Ihre Größe reicht von wenigen Zentimetern bis zu 25 Metern. Häufig sind sie von Kalkkrusten überzogen, die die mit dem Methanaustritt verbundenen chemischen Reaktionen bezeugen. Aktive Pockmarks sind von den typischen Lebensgemeinschaften der kalten Methanquellen besiedelt. Dazu gehören Mikroorganismen und Röhrenwürmer.
Ute Kehse
