Grundwasser enth?lt h?ufig Methan, doch wie viel von diesem wichtigen Treibhausgas tats?chlich in Oberfl?chengew?sser oder die Atmosph?re gelangt, ist bislang unklar. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie und der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena konnte nun zeigen, dass Mikroben im Grundwasser Methanemissionen erheblich reduzieren. Das belegt eine neue Studie, die in der Fachzeitschrift PNAS ver?ffentlicht wurde. Die Forschenden nutzten eine hochsensitive Radiokohlenstoff-Tracermethode, um nachzuweisen, dass Mikroorganismen mehr als die H?lfte des im Grundwasser enthaltenen Methans verbrauchen, bevor es entweichen kann. Dieser mikrobielle ?Methanfilter? begrenzt den Beitrag des Grundwassers zu Binnengew?ssern und Feuchtgebieten – den gr??ten natürlichen Methanquellen der Atmosph?re.

Methan ist ein starkes Treibhausgas: Seine W?rmespeicherf?higkeit ist kurzfristig etwa 84-mal h?her als die von Kohlendioxid. Rasche Reduktionen der Methanemissionen z?hlen daher zu den wirksamsten Ma?nahmen gegen die globale Erw?rmung. Grundwasser kann Methan aus mikrobiellen oder fossilen Quellen enthalten. In hohen Konzentrationen kann es die Trinkwasserqualit?t beeintr?chtigen und in B?den, Oberfl?chengew?sser oder in die Atmosph?re entweichen. Mikrobielle Oxidation ist der einzige bekannte biologische Prozess, der Methan abbaut. Der Beitrag des Grundwassers zum globalen Methanhaushalt ist jedoch bislang sehr unsicher.

Unter Verwendung einer neu verfeinerten Radiokohlenstoff-Tracermethode bestimmten Beatrix M. Heinze, Valérie F. Schwab, Kirsten Küsel und Susan Trumbore, Max-Planck-Institut für Biogeochemie und Universit?t Jena, die mikrobielle Methanoxidation in Grundw?ssern unterschiedlicher Gesteinsarten und Methankonzentrationen – in Zusammenarbeit mit Stefan Schloemer und Andreas Roskam von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe sowie dem Landesamt für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz.

?Unsere Ergebnisse zeigen, dass ein hochaktiver mikrobieller Methanfilter im Grundwasser eine entscheidende Rolle dabei spielt, die Freisetzung von Methan in Oberfl?chengew?sser, B?den und Atmosph?re zu begrenzen?, erkl?rt Doktorandin Beatrix M. Heinze.

Methanabbau h?ngt von der Konzentration ab

Das Team beprobte Grundw?sser aus flachen Karbonat- und Sandstein-Aquiferen in Mittel- und Norddeutschland, deren Methankonzentrationen sich über fünf Gr??enordnungen erstreckten – von kaum nachweisbar bis übers?ttigt. Die Raten der mikrobiellen Methanoxidation variierten ?hnlich stark und korrelierten eng mit der Methankonzentration im Grundwasser.

?Unsere Methode erm?glichte es uns nicht nur, die mikrobielle Methanoxidation zu quantifizieren, sondern auch zu bestimmen, wie viel des Methans die Mikroben für den Aufbau von Biomasse nutzen?, erl?utert Heinze. ?Wir fanden heraus, dass Grundwassermikroben Methan haupts?chlich zur Energiegewinnung und weniger für das Wachstum verwenden.?

Zur Entwicklung und Verfeinerung dieser Methode absolvierte Heinze einen Forschungsaufenthalt an der University of California, Irvine, gef?rdert durch die ?Scientific Exchange Funds? des?Exzellenzclusters ?Balance of the Microverse?Externer Link. Diese Aufenthalte erm?glichten ihr, fortgeschrittene Radiokohlenstoff-Methoden zur Analyse mikrobieller Methanoxidation im Grundwasser zu erlernen und anzuwenden.

Der Methanumsatz – also die Zeit, die Mikroben ben?tigen, um das verfügbare Methan vollst?ndig zu verbrauchen – reichte von wenigen Tagen bis zu mehreren Jahrzehnten, abh?ngig von der Konzentration. ?W?hrend an vielen Standorten Methan vermutlich vollst?ndig durch Grundwassermikroben abgebaut wird, k?nnten einige Orte in Norddeutschland mit besonders hohen Methankonzentrationen bedeutende Quellen für Methanemissionen aus Feuchtgebieten oder Flüssen sein?, erkl?rt Susan Trumbore, Direktorin am Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena. ?Unsere Studie verdeutlicht die gro?en Unsicherheiten über die Rolle von Binnengew?ssern als natürliche Methanquellen und die Notwendigkeit belastbarer Basisdaten für zukünftige Bewertungen.?

Mikroben entfernen weltweit mehr als die H?lfte des Grundwasser-Methans

Angesichts des starken Zusammenhangs zwischen Methanoxidationsraten und Methankonzentrationen sammelten die Autorinnen und Autoren ver?ffentlichte Daten zu Methankonzentrationen in Grundw?ssern weltweit. Durch Extrapolation ihrer Ergebnisse sch?tzen sie, dass methanoxidierende Mikroben j?hrlich zwischen 167 und 778 Teragramm Methan abbauen – das entspricht etwa zwei Dritteln der global im Grundwasser produzierten Methanmenge. Zum Vergleich: Sch?tzungen zufolge emittieren Binnengew?sser und Feuchtgebiete zusammen 164 bis 329 Teragramm Methan pro Jahr.

Neben der Klimawirkung kann Methan in hohen Konzentrationen auch ein Risiko für die Grundwasserqualit?t darstellen. ?Unsere Methode kann helfen, potenzielle Risiken selbst in Aquiferen zu erkennen, die als sauber und sicher gelten?, sagt Kirsten Küsel, Sprecherin des Exzellenzclusters ?Balance of the Microverse? an der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena. ?Die Ergebnisse verdeutlichen die Dringlichkeit eines nachhaltigen Grundwassermanagements – zum Schutz des Klimas und unserer Trinkwasserressourcen.?

Die Studie entstand im Rahmen des Sonderforschungsbereichs AquaDiva?en, der von Kirsten Küsel, Susan Trumbore und Kai Totsche geleitet wird. Dieses interdisziplin?re Forschungsprojekt untersucht die Wechselwirkungen zwischen Oberfl?chen- und Untergrund?kosystemen und deren Reaktionen auf Umweltver?nderungen. Durch die Verbindung von Expertise aus Biogeochemie, Hydrogeologie und Mikrobiologie will AquaDiva die komplexen Prozesse verstehen, die Grundwasser?kosysteme steuern und ihre Widerstandsf?higkeit gegenüber dem Klimawandel beeinflussen.