Das Tauchboot „Jago“ wird vor der Küste Spitzbergens vom Forschungsschiff „Maria S. Merian“ aus ins Wasser gelassen.

Das Tauchboot „Jago“ wird vor der Küste Spitzbergens vom Forschungsschiff „Maria S. Merian“ aus ins Wasser gelassen. © Karen Hissmann, Geomar

Meeresströmungen beeinflussen Methanabbau

Vor der norwegischen Inselgruppe Spitzbergen strömt in einigen hundert Metern Wassertiefe Methangas aus dem Meeresboden. Ein großer Teil davon wird von Bakterien abgebaut, bevor es die Wasseroberfläche erreicht und in der Atmosphäre als Treibhausgas wirken kann. Eine Studie zeigt nun, dass Meeresströmungen den Methanabbau stark beeinflussen können.

Egal ob als freies Gas oder gebunden in Gashydraten – Methan kommt an den Rändern aller Ozeane in großen Mengen im Meeresboden vor. Wenn sich die Hydrate auflösen oder sich im Meeresboden Wege für das Gas öffnen, kann das Methan auch ins Wasser austreten und zur Wasseroberfläche aufsteigen. Gelangt es in die Atmosphäre, wirkt es dort als Treibhausgas, das zwanzigmal stärker ist als Kohlendioxid. Glücklicherweise gibt es im Meerwasser Bakterien, die das Methan konsumieren, bevor es die Wasseroberfläche erreicht. In einer interdisziplinären Studie konnten Geomikrobiologen und Ozeanographen aus der Schweiz, Deutschland, Großbritannien und den USA jetzt nachweisen, dass Meeresströmungen diesen bakteriellen Methanabbau stark beeinflussen können. Die Studie ist in der internationalen Fachzeitschrift Nature Geoscience erschienen.
Die Westküste von Spitzbergen. Hier hat ein internationales Forscherteam im Sommer 2012 Methanquellen am Meeresgrund untersucht. Foto: Helge Niemann, Uni Basel

Die Westküste von Spitzbergen. Hier hat ein internationales Forscherteam im Sommer 2012 Methanquellen am Meeresgrund untersucht. Foto: Helge Niemann, Uni Basel

Die Forschungsarbeit beruht auf einer Expedition des deutschen Forschungsschiffs "Maria S. Merian" im Sommer 2012. Damals hat das internationale Wissenschaftlerteam vor der Westküste der norwegischen Inselgruppe Spitzbergen Methanquellen in einigen hundert Metern Wassertiefe untersucht. "Schon damals ist aufgefallen, dass die Aktivität der methan-abbauenden Bakterien in sehr kurzen Zeiträumen stark variiert und dass sich gleichzeitig viele ozeanographische Daten wie Wassertemperatur und Salzgehalt änderten", erklärt Lea Steinle, Erstautorin der aktuellen Studie und Doktorandin an der Universität Basel beziehungsweise am Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Im Rahmen ihrer Doktorarbeit untersucht sie, wo und wie viel Methan in der Wassersäule durch Bakterien abgebaut wird.
Für eine genaue Untersuchung der Methanquellen nutzten die Wissenschaftler unter anderem das Tauchboot JAGO. Tauchboot-Pilot Jürgen Schauer und die Biogeochemikerin Lea Steinle bereiten sich auf einen Tauchgang vor. Foto: Karen Hissmann, GEOMAR

Für eine genaue Untersuchung der Methanquellen nutzten die Wissenschaftler unter anderem das Tauchboot JAGO. Tauchboot-Pilot Jürgen Schauer und die Biogeochemikerin Lea Steinle bereiten sich auf einen Tauchgang vor. Foto: Karen Hissmann, Geomar

Um zu überprüfen, ob die während der vierwöchigen Expedition gemessenen Schwankungen zufällige Beobachtungen waren oder auf typischen, immer wieder auftretenden Prozessen beruhen, haben Ozeangraphen des Geomar die Region im Nachhinein mit einem hochauflösenden Ozeanmodell genauer betrachtet. "So haben wir tatsächlich herausgefunden, dass die beobachteten Schwankungen der ozeanographischen Daten und der Bakterien-Aktivitäten auf immer wiederkehrende Änderungen des West-Spitzbergenstroms zurückzuführen sind", erläutert Prof. Dr. Arne Biastoch vom Geomar. Der West-Spitzbergenstrom ist eine relativ warme, salzhaltige Strömung, die Wassermassen vom europäischen Nordmeer in den Arktischen Ozean transportiert. "Er verläuft meist sehr nah an der Küste. Schwankungen in den Strömungen sorgen aber dafür, dass er oft mäandriert. Dann entfernt sich die Strömung innerhalb weniger Tage etliche Kilometer weit von der Küste weg", erklärt Professor Biastoch weiter.
Zwei Momentaufnahmen aus dem Viking20-Modell, mit dem die Forschergruppe den Westspitzbergenstrom simuliert hat...(Simulation und Visualisierung: GEOMAR.)

Zwei Momentaufnahmen aus dem Viking20-Modell, mit dem die Forschergruppe den Westspitzbergenstrom simuliert hat ... (Simulation und Visualisierung: Geomar)

Ob die Strömung direkt über die küstennahen Methanquellen verläuft oder weiter auf offener See, hat Folgen für den Methanabbau. "Wir konnten zeigen, dass die Stärke und Variabilität der Meeresströmungen das Vorkommen der methanabbauenden Bakterien kontrolliert", sagt Lea Steinle. "Das heißt, bei starker Strömung kann sich keine große Bakterienpopulation aufbauen, was dazu führt, dass weniger Methan abgebaut wird."Um zu überprüfen, ob diese Ergebnisse nur für Spitzbergen gelten oder eine grundsätzliche Bedeutung haben, untersuchten die Wissenschaftler in einem zweiten, globalen Ozeanmodell, wie sich Meeresströmungen in anderen Regionen der Weltmeere mit Methanquellen verhalten. „Dabei zeigte sich, dass starke und variierende Strömungen oft über Methanaustrittsstellen zu finden sind”, betont Dr. Helge Niemann, Biogeochemiker an der Universität Basel und einer der Initiatoren der Studie.
Deutlich zu sehen ist, wie sich zu unterschiedlichen Zeiten die Strömungsverhältnisse direkt an den untersuchten Methanquellen (blaues Quadrat) unterscheiden. Simulation und Visualisierung: Geomar

Deutlich zu sehen ist, wie sich zu unterschiedlichen Zeiten die Strömungsverhältnisse direkt an den untersuchten Methanquellen (blaues Quadrat) unterscheiden. Simulation und Visualisierung: Geomar

Seine Kollegin Prof. Dr. Tina Treude, Geomikrobiologin an der University of California Los Angeles ergänzt: „Das zeigt deutlich, dass einmalige oder kurzfristige Messungen oft nur einen schnappschussartigen Einblick in ein System zeigen.“ In Zukunft müssen deshalb die von ozeanographischen Parametern hervorgerufenen Schwankungen im bakteriellen Methanabbau sowohl bei Feldmessungen als auch in Modellen besser berücksichtigt werden.OriginalarbeitSteinle, L., C. A. Graves, T. Treude, B. Ferré, A. Biastoch, I. Bussmann, C. Berndt, S. Krastel, R. H. James, E. Behrens, C. W. Böning, J. Greinert, C.-J. Sapart, M. Scheinert, S. Sommer, M. F. Lehmann, H. Niemann (2015): Water column methanotrophy controlled by a rapid oceanographic switch. Nature Geoscience, http://dx.doi.org/10.1038/ngeo2420Weitere InfosAquatische Biogeochemiegruppe am Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel Forschungsgruppe Universität Basel: https://biogeochem.duw.unibas.ch/Das Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel: www.geomar.deExpedition MSM21/4 im Sommer 2012: www.geomar.de/e316848