Auch intakte Gewässer produzieren Methan

Binnengewässer blieben als Quelle von Treibhausgasen bislang eher unbeachtet. Forscher gehen aber davon aus, dass 70 Prozent des natürlichen Methangehalts der Atmosphäre aus Flüssen und stehenden Gewässern stammt. Bisher war wissenschaftlicher Tenor, dass hauptsächlich in nährstoffreichen und sauerstoffarmen Seen viel Methan produziert wird.

Die Arbeitsgruppe von Hans-Peter Grossart vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei konnte nun in einer in PNAS publizierten Studie erstmals nachweisen, dass auch in nährstoffarmen und sauerstoffreichen Seen Methan gebildet wird.

Im Schlamm am Grunde eines Sees dringt der Sauerstoff nur wenige Millimeter tief ein. Sauerstoffmeidende (anaerobe) Bakterien zersetzen dort die sedimentierten Stoffe. Dabei können unter anderem Methan und Kohlendioxid entstehen. Diese Gase werden im Freiwasser von anderen Mikroorganismen genutzt, aber ein gewisser Anteil entweicht in die Atmosphäre. Je nach Nährstoffgehalt des Gewässers (Grad der Eutrophierung) unterscheidet sich die Aktivität der dort vorkommenden Bakteriengemeinschaften und damit die Menge an produziertem Methan und Kohlendioxid.

Am IGB forschen Wissenschaftler der Abteilung „Limnologie Geschichteter Seen“ daran, methanbildende und -verbrauchende Bakterien in Gewässern zu identifizieren. Im Stechlinsee, einem nährstoffarmen See, wiesen die Forscher in den gut durchlüfteten oberen zehn Metern Wassersäule eine Anreicherung von Methan nach. Die maximale Methanproduktion fand in sechs Metern Tiefe statt, wo die Sauerstoffkonzentrationen sogar übersättigt waren. „Der Grund für die erhöhten Methankonzentrationen ist, dass auch in den sauerstoffhaltigen Zonen des Sees Methan produziert wird und gleichzeitig die Produktion und die Oxidation von Methan räumlich getrennt stattfinden. In den Sommermonaten sind Seen wie der Stechlin stark geschichtet, so dass die methanoxidierenden Bakterien das in den gut durchlüfteten oberen Schichten des Sees gebildete Methan nicht abbauen können und dort daher erhöhte Methankonzentrationen auftreten“, erklärt Grossart.

Diese Freilandbeobachtungen ließen sich auch im Labor mit Seewasser und den entsprechenden Bakterien nachweisen. Die Methanproduktion wurde durch die Zugabe von Phosphor als Nährstoff nicht beeinflusst. Diese Ergebnisse zeigen, dass unabhängig vom Sauerstoffgehalt Methan in Seen gebildet werden kann. Die Wissenschaftler vermuten, dass die hierfür verantwortlichen Bakterien, potenziell methanbildende Archaeen sind (früher auch Urbakterien genannt), die in enger Assoziation mit bestimmten Algenarten vorkommen.

Durch die enge Kopplung der Mikroorganismen ist der direkte Transfer von molekularem Wasserstoff und organischen Verbindungen zu den Archaeen möglich, ohne dass der freie Sauerstoff die Methanbildung beeinflusst. Dies steht im krassen Widerspruch zu der langjährigen wissenschaftlichen Meinung, dass Methan nur in sauerstofffreiem Milieu gebildet werden kann. Die Umwandlung von Wasserstoff zu Methan in Anwesenheit von Sauerstoff bietet interessante biotechnologische Möglichkeiten.

„Darüber hinaus tut die Klimaforschung gut daran, die Rolle der Binnengewässer für den Ausstoß von Klimagasen stärker zu berücksichtigen“, so Grossart. Kollegen aus seiner Abteilung hatten in einer früheren Studie berechnet, dass im Sommer pro Hektar Wasserfläche eines nährstoffreichen, sauerstoffarmen Sees täglich 12.000 Liter klimarelevantes Gas entweicht und die Luft mit 6,2 Kilogramm Kohlenstoff belastet. „Angesichts einer Fläche von 2,5 Millionen Quadratkilometern, die Binnengewässer weltweit einnehmen, wird die Dimension des Problems klar“ meint Grossart. Auch wenn in einem intakten Gewässer wie dem Stechlinsee eine Methanbildung nachgewiesen werden konnte, sind vor allem stark mit Nährstoffen belastete Gewässer eine Quelle für klimarelevante Gase wie Methan und Kohlendioxid. „Den ökologischen Zustand von Gewässern zu verbessern ist demnach auch ein Beitrag zum Klimaschutz“, so Grossart.
Originalarbeit erschienen bei PNAS am 16. November 2011
doi: 10.1073/pnas.1110716108
Kontakt:
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Wissenschaftler:
Dr. Hans-Peter Grossart
Abteilung 3 Limnologie Geschichteter Seen,
Alte Fischerhütte2, 16775 Stechlin/OT Neuglobsow
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