Methan fressende Bakterien reinigen Flüsse

Methan ist ein Gas, das Wärme in der Atmosphäre festhält. Es besteht aus einem Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatomen (CH4). Trifft Wärme von der Erde auf das Molekül, beginnen seine Bindungen zu schwingen. Das Methan gibt die aufgenommene Energie anschließend wieder ab – auch zurück zur Erdoberfläche. Dadurch entweicht weniger Wärme ins All.

Methan kommt zwar viel seltener vor als Kohlendioxid, erwärmt die Atmosphäre pro Molekül aber wesentlich stärker. Deshalb können bereits vergleichsweise kleine zusätzliche Mengen die Erderwärmung beschleunigen.

Methan fressende Bakterien wirken in kleinen Flüssen kaum

Flüsse setzen große Mengen dieses Treibhausgases frei. Methan fressende Bakterien können zwar einen Teil davon im Wasser abbauen. Doch ausgerechnet in kleinen Bächen und Oberläufen funktioniert dieser natürliche Filter besonders schwach. Dort beseitigen die Mikroorganismen meist weniger als fünf Prozent des gelösten Methans.

Das ist deshalb relevant, weil kleine Flüsse mindestens 75 Prozent der diffusen Methanemissionen aus Fließgewässern verursachen. Das Gas tritt dort aus Böden und Sedimenten aus und gelangt schnell in die Atmosphäre. Für die Bakterien bleibt wenig Zeit, es vorher abzubauen.

Ein Team der Universität Lüttich hat 262 Messungen aus afrikanischen und europäischen Flusssystemen ausgewertet. Die untersuchten Einzugsgebiete reichten von kleinen Bächen bis zum Kongobecken. Die Messstellen lagen in Agrarlandschaften, Wäldern, Savannen und großen Überschwemmungsgebieten. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Science Advances.

Große Flüsse bauen deutlich mehr Methan ab

Methan entsteht vor allem dort, wo wenig Sauerstoff vorhanden ist. Mikroorganismen zersetzen organisches Material in feuchten Böden oder im Schlamm und produzieren dabei das Gas. Andere Bakterien nutzen Methan wiederum als Energie- und Kohlenstoffquelle. Dieser Vorgang heißt Methanoxidation.

In großen Flüssen kann der mikrobielle Abbau beträchtliche Mengen erreichen. In den untersuchten afrikanischen Flusssystemen entfielen im Mittel 36,6 Prozent der Entfernung von gelöstem Methan auf die Bakterien. In den europäischen Gewässern waren es 8,9 Prozent.

Besonders hohe Werte fanden die Forscher in Flüssen, die mit den überfluteten Wäldern des zentralen Kongobeckens verbunden sind. Aus den nassen Böden gelangen dort sowohl Methan als auch methanoxidierende Bakterien in die Gewässer.

„Wir haben gezeigt, dass die Oxidation in afrikanischen Flüssen stärker ausgeprägt ist als in belgischen Flüssen“, sagt Studienautor Alberto Borges. Die belgischen Gewässer seien stärker durch Uferverbauung und andere menschliche Eingriffe verändert.

Verbaute Ufer schwächen den natürlichen Filter

Befestigte Ufer verringern den Austausch zwischen Böden und Wasser. Dadurch erreichen weniger Mikroorganismen aus dem Umland den Fluss. Auch landwirtschaftlich geprägte Böden können weniger methanoxidierende Bakterien enthalten als Wald- und Feuchtgebiete.

In einigen europäischen Flüssen kommt eine weitere Belastung hinzu. Die invasive Körbchenmuschel der Gattung Corbicula filtert Mikroorganismen und Schwebstoffe aus dem Wasser. Viele Methanverwerter sitzen jedoch auf kleinen Partikeln. In Maas und Schelde waren je nach Messstelle 54 bis 96 Prozent des Methanabbaus an größere Schwebteilchen gebunden.

Die Wissenschaftler führen die niedrigeren Werte in Europa unter anderem auf diese Eingriffe zurück. Einen einzelnen Auslöser konnten sie jedoch nicht eindeutig belegen. Mehrere Faktoren wirken gleichzeitig auf die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften.

© Science Advances Von Maas und Schelde bis zum Kongobecken: Für die Studie erfasste das Team 262 Messungen in europäischen und afrikanischen Flüssen unterschiedlicher Größe und Landschaftstypen. © Science Advances

Wärme beschleunigt den Abbau nicht zuverlässig

Wärmeres Wasser führte in den untersuchten Flüssen nicht automatisch zu einem stärkeren Methanabbau. Einige methanoxidierende Bakterien bevorzugen eher kühle Bedingungen. Andere Gruppen gedeihen bei höheren Temperaturen. Insgesamt reicht ihr Temperaturspektrum ungefähr von acht bis 34 Grad Celsius.

Die Unterschiede zwischen afrikanischen und europäischen Flüssen ließen sich daher nicht allein mit der Temperatur erklären. Wichtiger waren die Größe des Flusses sowie seine Verbindung zu Wäldern und Feuchtgebieten.

Gleichzeitig dürfte die Erderwärmung die Methanproduktion in Flusssedimenten erhöhen. Steigt das Gas in Blasen auf, umgeht es die Bakterien im Wasser vollständig. Es gelangt direkt in die Atmosphäre. Auch eine stärkere Belastung mit Nitrat und Phosphat beschleunigte den Methanabbau in den untersuchten Flüssen nicht zuverlässig.

Weltweit setzen Flüsse schätzungsweise rund 28 Millionen Tonnen Methan pro Jahr frei. Große Flüsse können einen Teil davon wirksam abbauen. Die meisten Emissionen entstehen jedoch in kleinen Wasserläufen. Dort entweicht das Gas besonders schnell – und die Bakterien kommen kaum hinterher.

Kurz zusammengefasst:

Methan hält Wärme in der Atmosphäre fest und trägt deshalb schon in vergleichsweise kleinen Mengen zur Erderwärmung bei.
Methan fressende Bakterien bauen das Gas in Flüssen ab, doch in kleinen Bächen entfernen sie meist weniger als fünf Prozent davon.
Da kleine Wasserläufe mindestens drei Viertel der diffusen Methanemissionen aus Flüssen verursachen, können die Bakterien den erwarteten Anstieg nicht ausgleichen.

Übrigens: Während Bakterien in vielen Flüssen nur einen kleinen Teil des Methans abbauen, setzen Amazonas-Gewässer regional bis zu viermal mehr davon frei als Modelle bislang berechneten. Warum besonders Flüsse, Deltas und Stauseen die Klimabilanz verändern, mehr dazu in unserem Artikel.