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Temperaturanstieg im Permafrost: Mikroorganismen setzten mehr Methan frei


Mikroorganismen setzten mehr Methan frei

Aktualisiert am 27.07.2021Lesedauer: 3 Min.
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Alarmierende Beobachtung: Die Temperatur der Perma- frostböden steigt. “Wenn die Dauerfrostböden sich erwärmen oder sogar tauen, könnte das dramatische Konsequenzen für das weltweite Klimage- schehen haben,” sagt der Mikrobiologe Dr. Dirk Wagner vom Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung. Denn bestimmte Mikroorganismen reagieren auf die Temperaturer- höhung mit einer erhöhten Methanfreisetzung.

Steigende Temperaturen in arktischen Dauerfrostböden verändern die Lebensgemeinschaft Methan bildender Mikroorganismen, erläutert der Mikrobiologe in einer aktuellen Veröffentlichung der Zeitschrift "Environmental Microbiology". Je höher die Temperatur, desto mehr klimaschädliches Methan wird ausgeschieden.

Methanfreisetzung in Permafrostböden

Riesige Kohlenstoff-Speicher

Die Bedeutung dieser Temperaturerhöhung in den Dauerfrostböden sollte nicht unterschätzt werden, denn: “Sie bedecken derzeit etwa 25 Prozent der Landfläche unserer Erde und speichern riesige Mengen an organischem Kohlenstoff“, sagt Forscher Wagner.

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Forschung im Schelfmeer

Die Wissenschaftler konnten erstmals Permafrost aus dem Meeresboden der Laptewsee untersuchen, einem flachen Schelfmeer vor der Küste Sibiriens. Durch die Überflutung mit relativ warmem Meerwasser ist dieser sogenannte "submarine Permafrost" etwa zehn Grad Celsius wärmer als der Permafrost an Land. Er eignet sich deshalb besonders gut, um Veränderungen in Dauerfrostböden bei anhaltender Erwärmung der Erdatmosphäre zu erforschen.

Bereits heute erhöhte Methanfreisetzung

"Unsere Studien zeigen sehr deutlich", fasst Wagner die Erkenntnisse seiner langjährigen Arbeit zusammen, "dass die Lebensgemeinschaften der Mikroorganismen sehr flexibel auf Klimaänderungen reagieren. Und selbst wenn die Böden noch tief gefroren sind, erhöht sich die Stoffwechselaktivität Methan bildender Mikroben mit steigender Temperatur. Für uns ist das ein sicheres Indiz dafür, dass die zu beobachtende Erwärmung der Atmosphäre in den riesigen Permafrostregionen der Erde bereits heute zu einer erhöhten Freisetzung des Treibhausgases Methan führt.“

Mikroorganismen bilden Methan

Unter Ausschluss von Sauerstoff und damit unter Bedingungen, wie sie aufgrund der Wassersättigung im Permafrost typisch sind, bildet sich beim Abbau von organischem Kohlenstoff das Klimagas Methan. Verantwortlich für die Bildung von Methan sind spezielle Mikroorganismen, die als methanogene Archaeen bezeichnet werden. "Wieviel Kohlenstoff umgesetzt und wie viel Methan dementsprechend gebildet wird, hängt von der Stoffwechselaktivität der Organismen und von der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft ab", erläutert Wagner. "Deshalb beschäftigen wir uns intensiv mit der Frage, wie sich diese beiden Parameter mit steigender Temperatur im Permafrost verändern."

Je wärmer, desto aktiver

Bereits in früheren Untersuchungen wiesen die Potsdamer Wissenschaftler nach, dass Mikroorganismen selbst in tief gefrorenen Permafrostablagerungen bei Temperaturen um minus sieben Grad Celsius Methan bilden. Werden die Temperaturen experimentell um wenige Grad erhöht, so steigt auch die Stoffwechselaktivität der Organismen und damit die Methanproduktion im Permafrost. Bisher war jedoch nicht geklärt, ob die Lebensgemeinschaften Methan bildender Mikroorganismen sich überhaupt dauerhaft an höhere Temperaturen in arktischen Dauerfrostböden anpassen können. Diesen Nachweis haben die Potsdamer Wissenschaftler durch ihren Vergleich von terrestrischen und submarinen Permafrostablagerungen nun erstmals erbracht.

Erwärmung durch Meerwasser

Der submarine Permafrost hat sich in einer ehemaligen Landmasse entwickelt, die durch den Meeresspiegelanstieg nach der letzten Eiszeit überflutet wurde. Es handelt sich also ursprünglich ebenfalls um terrestrische Permafrostablagerungen. Doch im Gegensatz zum heutigen terrestrischen Permafrost, der eine Durchschnittstemperatur von minus zwölf Grad Celsius aufweist, ist der submarine Permafrost durch das relativ warme Meerwasser bereits auf etwa minus zwei Grad Celsius erwärmt worden.

Dauerhaftes Leben im Permafrost

Indem sie die an der Methanbildung beteiligten Mikroorganismengemeinschaften in beiden Permafrostgebieten verglichen, konnten Wagner und sein Team zeigen, dass sich die Zusammensetzung der Methan bildenden Mikroben im submarinen Permafrost deutlich von der im terrestrischen Permafrost unterscheidet. Die Lebensgemeinschaft der Mikroorganismen kann sich demnach gut und dauerhaft auf höhere Temperaturen einstellen.

Quelle: wetter.info

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