Uralte Seemikroben lösten 304 aus

iStock/KLBahr

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Unser Planet hat eine lange Geschichte der globalen Erwärmung, die sich über Millionen von Jahren erstreckt, wie aus einer kürzlich in Geology veröffentlichten Studie hervorgeht, die sich mit einer entscheidenden Ära vor 304 Millionen Jahren während der Eiszeit des Spätpaläozoikums befasst.

Die Ergebnisse zeigen Hinweise auf eine erhöhte Meeresoberflächentemperatur, einen Rückgang des kontinentalen Eises und eine Überschwemmung des Landes durch ozeanische Umgebungen.

Dr. Liuwen Xia und ein Forscherteam der Universität Nanjing, China, begaben sich auf die Suche nach den Geheimnissen einer uralten Erwärmungsepisode.

Um das Rätsel zu lösen, untersuchte das Team die Auswirkungen von Methanemissionen aus alkalischen Seen mit pH-Werten zwischen 9 und 12.

Methan, ein starkes Treibhausgas, kann über ein Jahrhundert hinweg 28-mal effektiver Wärme in der Atmosphäre speichern als Kohlendioxid.

Die für die Methanproduktion verantwortlichen Mikroorganismen tragen zu einem erheblichen Teil der weltweiten Methanemissionen bei – sie machen 74 Prozent aus.

Das Verständnis der Bedingungen, unter denen diese Mikroorganismen gedeihen können, ist entscheidend für das Verständnis der Dynamik des Klimawandels.

Die Forscher konzentrierten sich auf das Junggar-Becken im Nordwesten Chinas, wo sie den Methangehalt aufgrund mikrobieller Aktivität akribisch untersuchten.

Xia et al., 2023.

Kernproben aus dem Seegrund wurden strengen chemischen Analysen unterzogen und lieferten Einblicke in Kohlenstoffquellen, darunter aquatische Grünalgen, photosynthetisierende Cyanobakterien und extremophile halophile Archaeen, die in Umgebungen mit hohem Salzgehalt leben.

Aus ihren Untersuchungen ging eine entscheidende Erkenntnis hervor: Eine bestimmte Art von Mikroorganismen, alkalophile methanogene Archaeen, gedieh unter den sulfatarmen, anoxischen Bedingungen des Sees.

Dieser Mikroorganismus nutzt die Energie aus der Methanproduktion und gibt sie an die Atmosphäre ab. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die mikrobiellen Methanemissionen in dieser Zeit möglicherweise unglaubliche 2,1 Gigatonnen erreicht haben.

Die Forscher brachten diesen Anstieg der Methanemissionen mit der Eiszeit des Spätpaläozoikums in Verbindung, die durch einen Höhepunkt des atmosphärischen Methans vor 304 Millionen Jahren gekennzeichnet war. Sie schlagen vor, dass die kollektiven Auswirkungen alkalischer Seen weltweit die Treibhausgaswerte erheblich beeinflusst haben könnten.

Allein im Nordwesten Chinas hätten die Methanemissionen 109 Gigatonnen überschreiten können, was einer potenziellen Treibhauswirkung von bis zu 7521 Gigatonnen Kohlendioxid entspricht.

Die Auswirkungen dieser Erkenntnisse sind tiefgreifend und unterstreichen die einflussreiche Rolle von Methan bei der Gestaltung unseres Klimas. Mögliche Lösungen umfassen die Änderung des pH-Werts des Sees, die Einführung spezifischer Tone oder sogar die Veränderung des Seebodens.

Allerdings bringt jede Lösung ihre eigenen Auswirkungen auf die Umwelt mit sich. Darüber hinaus wird die Identifizierung alkalischer Seen weltweit ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringen.

Die vollständige Studie wurde in Geology veröffentlicht.

Studienzusammenfassung:

Methan (CH4) ist ein wichtiges Treibhausgas, dessen Verhalten und Einflussfaktoren über geologische Zeitskalen jedoch nicht ausreichend geklärt sind. Diese Studie untersuchte das Spätpaläozoische Eiszeitalter (LPIA), in dem es vermutlich um etwa 1800 v. Chr. eine Phase schneller Erwärmung gab. 304 Ma, das könnte mit der modernen Erwärmung vergleichbar gewesen sein. Um mögliche Ursachen für dieses Erwärmungsereignis zu untersuchen, haben wir alte alkalische Seen im Junggar-Becken im Nordwesten Chinas untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass der mikrobielle CH4-Kreislauf hier stark war, was durch Carbonat-δ13C-Werte (δ13Ccarb) von >5‰, ∼+0,6‰-Versatz zwischen Pristan-δ13C-Werten (δ13CPr) und Phytan-δ13C-Werten (δ13CPh) und einem 3β-Methylhopan-Index von 9,5 belegt wird % ± 3,0 % und stark negative δ13C-Werte von Hopanen (−44‰ bis −61‰). Niedrige Sulfatkonzentrationen in den alkalischen Seen machten methanogene Archaeen konkurrenzfähiger als sulfatreduzierende Bakterien, und der erhöhte Gehalt an gelöstem anorganischem Kohlenstoff förderte die Methanogenese. Biogene CH4-Emissionen aus alkalischen Seen könnten zusätzlich zu CO2 zur raschen Klimaerwärmung beigetragen haben.