|
Abb. 1:
Pflanzenkammer zur
Untersuchung der Methanbildung an Pflanzen, hier am Beispiel von
Weidelgras (Lolium perenne).
Bild: Max-Planck-Institut für Kernphysik
Abb. 2:
Tropischer Regenwald in
Surinam; tropische Gebiete tragen nach den neuen
Forschungsergebnissen des Max-Planck-Instituts für Kernphysik
besonders stark zum Methanbudget in der Atmosphäre bei, da dort
die größte Menge an Biomasse gebildet wird.
Bild: Max-Planck-Institut für Kernphysik/B.
Scheeren
|
Methan ist nach Kohlendioxid das
zweitwichtigste Treibhausgas, das zur Klimaveränderung beiträgt. Die
Konzentration von Methan in der Atmosphäre hat sich in den vergangenen
150 Jahren nahezu verdreifacht. Am bekanntesten ist Methan als Erdgas,
das heute eine wichtige Rolle in der Energieversorgung spielt.
Trotzdem geht nur ein Teil der Zunahme in der Atmosphäre auf das Konto
von industriellen Aktivitäten, die direkt mit der Energieerzeugung und
-verbrennung verbundenen sind. Weit stärker hat die
Nahrungsmittelversorgung der rasch zunehmenden Weltbevölkerung die
Methankonzentration beeinflusst - durch Emissionen von Methan aus so
genannten "biogenen" Quellen, z.B. Reisanbau oder Rinderhaltung. In
der Tat ist das atmosphärische Methan heute überwiegend biogenen
Ursprungs.
Bisher nahm man an, dass biogenes Methan grundsätzlich durch
Mikroorganismen und unter Ausschluss von Sauerstoff, also anaerob
gebildet wird. Dabei werden Acetat oder Wasserstoff und Kohlendioxid
zu Methan umgewandelt, die ihrerseits beim anaeroben Abbau von
organischem Material entstehen. Die mengenmäßig wichtigsten anoxischen
Standorte und Quellen von Methan sind natürliche Feuchtgebiete und
Reisfelder, außerdem die Verdauung bei Wiederkäuern und Termiten,
Mülldeponien sowie das Faulgas aus Klärwerken. Nach bisherigen
Schätzungen machen diese Quellen nahezu zwei Drittel der weltweiten
Methan-Jahresproduktion von etwa 600 Millionen Tonnen aus.
Die Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kernphysik haben nun
herausgefunden, dass Pflanzen selbst Methan produzieren und in die
Atmosphäre abgeben, und zwar in ganz normaler sauerstoffreicher
Umgebung. Sie machten diesen überraschenden Befund, als sie
untersuchten, welche Gase von abgestorbenen und frischen Laubblättern
emittiert werden. In einem weiteren Schritt untersuchten die
Wissenschaftler im Labor und im Freien auch die Freisetzung von Gasen
an lebenden Pflanzen, wie Mais und Weidelgras (s. Abb. 1). Hierbei
zeigte sich, dass die lebenden Pflanzen sogar 10 bis 100-fach mehr
Methan freisetzten als abgestorbenes Pflanzenmaterial. Zudem stellten
die Forscher fest, dass sich die Methan-Bildungsrate noch drastisch
erhöhte, wenn die Pflanzen der Sonne ausgesetzt waren.
Obwohl es bereits erste Hinweise gibt, ist noch ungeklärt, welcher
Prozess der Bildung von Methan in Pflanzen eigentlich zugrunde liegt.
Die Heidelberger Wissenschaftler nehmen an, dass sich dahinter ein
bisher unbekannter Reaktionsmechanismus verbirgt, der mit dem
herkömmlichen Wissen über Pflanzen nicht zu erklären ist - also ein
neues Forschungsgebiet für Biochemiker und Pflanzenphysiologen.
Den ersten Schätzungen zufolge produzieren terrestrische Pflanzen auf
der Erde zwischen 60 und 240 Millionen Tonnen Methan pro Jahr. Dies
bedeutet, dass heutzutage etwa 10 bis 30 Prozent der Methanproduktion
eines Jahres von Pflanzen stammt. Der Großteil, also etwa zwei
Drittel, kommt aus tropischen Gebieten, da dort am meisten Biomasse
gebildet wird. Der Nachweis der direkten Methanemission bei Pflanzen
erklärt auch die unerwartet hohen Methankonzentrationen über
tropischen Wäldern, die erst vor kurzem von einer Forschungsgruppe der
Universität Heidelberg bei Satellitenbeobachtungen gemessen wurden.
Doch warum kommt eine scheinbar so triviale Entdeckung erst jetzt, 20
Jahre nachdem Hunderte von Wissenschaftlern weltweit den globalen
Kreislauf von Methan untersucht haben? "Methan darf eigentlich so
nicht entstehen" sagt Dr. Frank Keppler. "Es ist eine (bisher)
anerkannte Lehrbuchweisheit, dass biogenes Methan nur unter Ausschluss
von Sauerstoff gebildet werden kann. Darum hat bisher einfach niemand
genau hingesehen."
In der Tat muss man schon sehr genau messen, um die Emissionen zu
quantifizieren. Die Heidelberger Forscher haben die meisten ihrer
Experimente in methanfreier Luft gemacht, um den hohen natürlichen
Hintergrund an Methan auszuschalten. Außerdem benutzten sie
Isotopenanalysen, um zweifelsfrei nachzuweisen, dass es sich hierbei
um einen neuartigen Produktionsprozess von Methan handelt. Durch
dieses "genaue Hinschauen", entgegen der althergebrachten Lehrmeinung,
machten sie eine Entdeckung, die wohl dazu führen wird, dass die
Passagen zur Methanbildung in den einschlägigen Lehrbüchern neu
geschrieben werden müssen.
Aufbauend auf dieser Entdeckung wollen die Wissenschaftler nun neben
Laborversuchen auch umfangreiche Feldstudien und
Fernerkundungsmethoden einsetzten, um die Stärke dieser Methanquellen
besser abschätzen zu können. Darüber hinaus stellt sich die spannende
Frage, welche Rolle die Biosphäre bei der Methanbildung in der
Erdgeschichte gespielt hat und welchen Einfluss steigende globale
Temperaturen und immer höhere Kohlendioxidkonzentrationen in der
Atmosphäre auf die Produktion von Methan aus Pflanzen haben werden.
Antworten auf diese Fragen darauf sind wichtig, um
Rückkopplungsprozesse zwischen der Klimaentwicklung und der Produktion
von Treibhausgasen abschätzen zu können.
|
