Unter Gletschern steckt altes Methan – Schmelzwasser kann es freisetzen

Bei einem schmelzenden Gletscher denken wir zuerst an Wasser, das ins Meer fließt und den Meeresspiegel steigen lässt. Doch ein Teil des Schmelzwassers nimmt einen ganz anderen Weg: Es verschwindet in Spalten und Schächten, dringt bis unter das Eis vor und kommt dort mit Gestein in Kontakt, das seit Millionen Jahren Methan enthält.

Auf Spitzbergen werden Gletscher damit gewissermaßen zum Transportweg für uraltes Methan. „Das Schmelzwasser gelangt bis zum Gletscherboden und kann dort Methan aus gasführendem Gestein in die Flüsse spülen“, erklärt Studienleiterin Gabrielle Kleber vom iC3 Polar Research Hub.

Ihr Forscherteam hat diesen Mechanismus nun an 19 Talgletschern untersucht – und in jedem einzelnen Abfluss erhöhte Methanwerte gefunden. Die Studie erschien in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Methan in allen untersuchten Gletscherflüssen

Für ihre Untersuchung nahmen die Forscher 148 Wasserproben an 19 Talgletschern in Zentralspitzbergen. In jedem untersuchten Gletscherfluss lag die Methankonzentration über dem Gleichgewichtswert mit der Atmosphäre. In der Spitze erreichte sie das 425-Fache dieses Werts.

Woher das Methan stammt, verrieten unter anderem seine Kohlenstoffisotope. In ausgewählten Proben bestimmten die Wissenschaftler zusätzlich Ethan und Propan. Die chemische Signatur spricht überwiegend für thermogenes Methan.

Das Gas wurde demnach größtenteils nicht erst durch Mikroorganismen unter dem Eis gebildet. Es stammt vor allem aus alten, organisch reichen Gesteinsschichten, in denen Wärme und Druck über geologische Zeiträume Kohlenwasserstoffe entstehen ließen. Mikrobielle Prozesse spielen zwar ebenfalls eine Rolle, sind nach den Ergebnissen aber von untergeordneter Bedeutung.

Der Untergrund entscheidet, wie viel Methan austritt

Allerdings transportiert nicht jeder Gletscher gleich viel Methan. Neben der Geologie ist entscheidend, ob Wasser am Gletscherboden zirkulieren kann.

Um das herauszufinden, kombinierten die Forscher ihre chemischen Analysen mit Bodenradarmessungen. Damit bestimmten sie, wie weit temperiertes Eis bis zum Gletscherbett reicht. Dort ist der Untergrund nicht vollständig festgefroren, sodass Wasser zwischen Eis und Gestein fließen kann.

Besonders hohe Methanmengen traten dort auf, wo zwei Voraussetzungen zusammenkamen:

organisch reiches, schieferhaltiges Gestein, aus dem geologisches Methan stammen kann
ein aufgetauter, hydrologisch aktiver Gletscherboden, an dem Wasser mit diesem Gestein in Kontakt kommt

Liegt das Eis dagegen kalt und festgefroren auf dem Untergrund, kann deutlich weniger Wasser zirkulieren. Damit wird auch der Transport von Methan erschwert.

„Die größten Methanfreisetzungen traten dort auf, wo die richtigen Gesteine und die richtigen Gletscherbedingungen zusammenkamen“, erklärt Co-Autor Leonard Magerl.

© Gabrielle Kleber In einem Gletscherfluss auf Spitzbergen nehmen Forscher Wasserproben. Darin messen sie, wie viel Methan das Schmelzwasser aus dem Untergrund bis an die Oberfläche transportiert. © Gabrielle Kleber

Hunderte Tonnen Methan pro Jahr

Um die Größenordnung für ganz Spitzbergen abzuschätzen, rechneten die Forscher ihre Messungen mit zwei unterschiedlichen Methoden auf die landgebundenen Gletscher der Inselgruppe hoch.

Für 2023 kamen sie je nach Berechnung auf etwa 182 beziehungsweise 368 Tonnen Methan pro Jahr. Für 2024 ergaben sich rund 219 beziehungsweise 364 Tonnen. Die Unterschiede entstehen daraus, dass eine Methode den gesamten modellierten Gletscherabfluss berücksichtigt, während die andere die gemessenen Methanflüsse nach der Fläche der Gletscher hochrechnet.

Die Autoren halten diese Hochrechnungen eher für konservative Schätzungen. Die Proben wurden nicht an jedem Gletscher unmittelbar am Eisrand genommen. Methan, das bereits vorher aus dem Wasser entwichen war, konnte deshalb fehlen. Zudem fanden die Messungen überwiegend im Hochsommer statt. Ein möglicher Methanstoß zu Beginn der Schmelzsaison, wenn im Winter angesammeltes Gas ausgespült wird, wurde damit nicht vollständig erfasst.

Trotzdem handelt es sich nicht um die größte Methanquelle dieser Landschaft. Frühere Berechnungen kommen für methanreiches Grundwasser vor den Gletschern auf bis zu rund 2310 Tonnen Methan pro Jahr.

Nicht das gesamte Methan gelangt in die Atmosphäre

Auch bei den berechneten Mengen ist eine Unterscheidung wichtig: Die Forscher bestimmen, wie viel Methan mit dem Schmelzwasser aus dem Gletscher heraus transportiert wird. Das bedeutet nicht, dass dieselbe Menge anschließend vollständig in die Atmosphäre gelangt.

Entlang der untersuchten Flüsse nahmen die Methankonzentrationen häufig ab. Ein großer Teil dürfte aus dem turbulenten Wasser ausgasen. Die Isotopenmessungen liefern aber auch Hinweise darauf, dass Mikroorganismen einen Teil des Methans bereits im Fluss oxidieren können.

Die Studie beschreibt deshalb keinen exakten zusätzlichen Methanausstoß Spitzbergens. Sie macht vielmehr einen bislang wenig untersuchten Transportweg sichtbar, über den geologisches Methan aus dem Untergrund bis an die Erdoberfläche gelangen kann.

Mehr Gletscherschmelze bedeutet nicht automatisch mehr Methan

Für die Zukunft ist dieser Mechanismus besonders interessant. Mehr Schmelzwasser kann zunächst größere Bereiche des Gletscherbodens erschließen. Dadurch kann mehr Wasser mit methanhaltigem Gestein in Kontakt kommen und zusätzliches Methan mobilisieren.

Doch dieser Effekt muss nicht unbegrenzt zunehmen. Wenn Gletscher immer dünner werden, können sich ihre thermischen Bedingungen verändern. Teile des Gletscherbodens können schließlich wieder kalt und festgefroren werden. Dann nimmt die Verbindung zwischen Schmelzwasser und Untergrund ab – und damit möglicherweise auch der Methantransport.

Eine einfache Gleichung nach dem Muster mehr Schmelze gleich immer mehr Methan lässt sich aus den Ergebnissen deshalb nicht ableiten. Die Forscher gehen vielmehr davon aus, dass die Methanmobilisierung während bestimmter Phasen des Gletscherrückgangs zunächst zunehmen kann.

Spitzbergen dürfte dabei kein Sonderfall sein. Ähnliche Kombinationen aus Gletschern und kohlenwasserstoffreichen Gesteinen gibt es unter anderem in Teilen Russlands, Kanadas, Nordostgrönlands und der Antarktis.

Für die Klimaforschung rückt damit ein Faktor stärker in den Blick, der an der Oberfläche kaum zu erkennen ist: Nicht nur wie schnell ein Gletscher schmilzt, sondern auch auf welchem Untergrund er liegt und ob Wasser an seinem Boden zirkulieren kann, entscheidet darüber, wie viel Methan mobilisiert wird.

Kurz zusammengefasst:

Unter Gletschern kann altes Methan im Gestein lagern: In allen 19 untersuchten Gletscherflüssen auf Spitzbergen fanden Forscher erhöhte Methanwerte, in der Spitze bis zum 425-Fachen des atmosphärischen Gleichgewichtswerts.
Geologie und Gletscherboden bestimmen den Transport: Besonders viel Methan wird mobilisiert, wenn organisch reiches Schiefergestein unter einem aufgetauten, wasserführenden Gletscherboden liegt.
Mehr Schmelze bedeutet nicht automatisch dauerhaft mehr Methan: Für Spitzbergen ergeben zwei Hochrechnungsmethoden einige Hundert Tonnen transportiertes Methan pro Jahr; wie viel davon tatsächlich die Atmosphäre erreicht und wie sich dieser Fluss langfristig verändert, bleibt mit Unsicherheiten verbunden.

Übrigens: Nicht nur unter Gletschern, auch im tauenden Permafrost der Arktis lagern gewaltige Mengen alten Kohlenstoffs, die durch die Erwärmung wieder mobil werden können. Besonders arktische Flussdeltas gelten als unterschätzter Speicher – mehr dazu in unserem Artikel.