Auch in der sauerstoffreichen Wassersäule bildet Phytoplankton während der Photosysnthese Methan. I Foto: Solvin Zankl
Im letzten Jahr haben Mina Bizic und Kolleg*innen gezeigt, dass Cyanobakterien im Wasser und an Land bei ihrer Photosynthese Methan emittieren (in Science Advances, 2020). Seitdem ist dies auch für Kieselalgen und Haptophyten in Süßgewässern und Meeren nachgewiesen worden. Die verfügbaren Daten dienen als Grundsatzbeweis für den Prozess und seine potenziellen Effekte.
Natürliche Methanquellen sind eine Blackbox
Das derzeitige globale Methan-Budget berücksichtigt die Emissionen durch natürliche oxische Prozesse in Gewässern nicht gesondert. Diese werden in den Rubriken „Sümpfe" und „andere natürliche Quellen" mit anderen Faktoren zusammengefasst. Die Menge freigesetzten Methans aus „anderen natürlichen Quellen“ wird mit einer großen Unsicherheitsspanne von 143 bis 306 Teragramm pro Jahr angegeben. „Die Methanemissionen, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe und in der Landwirtschaft entstehen, lassen sich recht genau quantifizieren. Sie liegen bei etwa 113 bis 154 beziehungsweise 191 bis 223 Teragramm pro Jahr. Die große Unsicherheit bei den Emissionen aus natürlichen Quellen liegt vor allem an der großen Variabilität und am mangelnden Wissen über die beitragenden Quellen“, erläutert Mina Bizic.
Wissenschaftler*innen gehen davon aus, dass aquatische Ökosysteme, insbesondere Binnengewässer, einen wesentlichen Beitrag zu Methanemissionen leisten. Allerdings sind die verschiedenen Prozesse nicht vollständig geklärt und die Stoffflüsse bisher nicht quantifiziert – insbesondere was die Methanproduktion in oxischen Umgebungen betrifft. Zum Beispiel der Anteil des durch Photosynthese erzeugten Methans oder die Menge, die durch die Demethylierung von Methylphosphonaten entsteht.
Besorgniserregende Rückkopplung von Photosynthese, Methan und globaler Erwärmung
Mina Bizic zeigt auf, wie Prozesse im Klimawandel die Emission von Methan in einer Rückkopplungsschleife weiter antreiben könnten: Eutrophierung und Erwärmung von Gewässern gelten als Hauptursachen für die jüngsten Zunahmen von Phytoplanktonblüten. Die Emission von Photosynthese-assoziiertem Methan durch diese Blüten könnte die globale Erwärmung verstärken, was wiederum die Häufigkeit, Intensität und Dauer der Blüten erhöhen würde. Dadurch würde noch mehr Methan produziert und in die Atmosphäre abgegeben werden. Darüber hinaus kann die Phytoplanktonblüte das Auftreten von anoxischen Regionen und toten Zonen verstärken, was die Emission von Methan durch die klassischen Methanbildung unter Sauerstoffarmut erhöhen kann.
„Für die Klimafolgenforschung ist es essenziell, die Methanemissionen aus natürlichen Quellen besser quantifizieren zu können. Daher habe ich drei zukünftige Forschungsfelder benannt. So sind beispielsweise Studien zu Phytoplankton-Arten nötig, die zukünftig Phytoplanktonblüten dominieren werden. Außerdem sollte die Erforschung der oxischen Methanproduktion auf andere Ökosysteme wie Flüsse ausgedehnt werden, die bisher vernachlässigt wurden. Und die Versuche sollten unterschiedliche Umweltbedingungen wie Temperatur oder Licht berücksichtigen“, sagt Mina Bizic.
