Die Zukunft der Meere ? zu warm, zu hoch, zu sauer - WBGU

Methanhydrate im Meeresboden
Im Meeresboden lagern Kohlenstoffmengen in Form
von Methanhydraten, die in ihrer Größenordnung
mit den weltweiten Kohlevorräten vergleichbar sind.
Durch den Klimawandel sowie durch den Meeresbergbau
können von diesen Methanhydraten Risiken
ausgehen. Es bestehen jedoch noch erhebliche
Unsicherheiten und Wissenslücken, so dass nur eine
vorläufige Bewertung dieser Risiken möglich ist.
6.1
Vorkommen von Methanhydraten
Gashydrate – wie z. B. Methanhydrate – sind Feststoffe,
die in ihrem aus Wassermolekülen bestehenden
Kristallgitter Gasmoleküle einschließen. Kohlendioxid,
Schwefelwasserstoff und eben auch
Methan haben eine geeignete Größe, um in einen
solchen Hydratkäfig eingeschlossen zu werden.
Methanhydrate sehen aus wie schmutziges Eis und
sind brennbar. Sie speichern große Mengen Methan
auf kleinstem Raum: Beim Übergang in die Gasphase
nimmt das Volumen um das 170-fache zu.
Sie sind nur unter geeigneten Druck- und Temperaturbedingungen
stabil. Je höher die Umgebungstemperatur,
desto höher muss der Druck sein, damit
sich das Methanhydrat nicht auflöst. Derartige
Bedingungen herrschen typischerweise am Meeresboden
ab rund 500 m Meerestiefe, in der Arktis
bereits etwas näher zur Meeresoberfläche. Hier kann
sich Methanhydrat im Sediment bilden, wenn durch
die Zersetzung von abgelagertem organischem Kohlenstoff
ausreichende Mengen Methan entstehen.
Der Kohlenstoff der Methanhydrate stammt also
letztlich aus der biologischen Produktion des Ozeans,
indem abgestorbene Biomasse sedimentiert und
am Meeresboden bakteriell zersetzt wird („biogenes“
Methan). Die Bildung von Methanhydraten
dauert sehr lange, so dass sie nicht als eine erneuerbare
Energiequelle gelten können: Die derzeitigen
Vorkommen sind wahrscheinlich im Laufe mehrerer
Millionen Jahren entstanden (Davie und Buffett,
2001). Eine zweite, kleinere Hydratquelle sind
leckende Erdgasvorkommen („thermogenes“ Me-
than), aus denen Methanblasen durch die Sedimente
aufsteigen und bei günstigen Bedingungen (d. h. in
der Hydrat-Stabilitätszone in den kühleren, oberen
Sedimentschichten) mit Wasser Hydrate bilden. Ein
Beispiel hierfür findet sich im Golf von Mexiko.
Da aufgrund der Erdwärme die Temperatur im
Sediment mit zunehmender Sedimenttiefe rasch
ansteigt – um rund 30°C pro km – aber der ebenfalls
zunehmende Druck den Temperaturanstieg nicht
kompensieren kann, sind Methanhydrate im Meeressediment
nur bis zu einer bestimmten Sedimenttiefe
stabil. Unterhalb der Grenze dieser meist einige
100 m dicken Stabilitätszone kann Methan wieder
gasförmig im Sediment vorkommen.
Der Nachweis von Methanhydraten, direkt durch
Bohrungen oder indirekt durch seismische Verfahren,
ist schwierig. Während die bisher durchgeführten
Bohrungen keine flächenmäßige Kartierung der
Vorkommen erlauben, kann durch Seismik nur die
untere Grenze der Stabilitätszone identifiziert werden.Auf
dieser Basis lassen sich keine Aussagen über
die Methanvorkommen im Sediment treffen, weil
der Volumenanteil der Hydrate unbekannt bleibt.
Diese Messprobleme führen dazu, dass die globalen
Methanhydratvorkommen mit Hilfe von Modellen
geschätzt werden müssen. Ging man in den 1990er
Jahren noch von rund 10.000 Gt C in Form von
Methanhydraten aus (das entspräche rund dem Doppelten
aller fossiler Energieträger; Rogner 1997),
nennen aktuellere Schätzungen einen wesentlich
geringeren Wert (500–3.000 Gt C; Buffett und
Archer, 2004; Milkov, 2004). Klauda und Sandler
(2005) vermuten die größten Hydratvorkommen in
den Tiefseebecken und nicht an den Kontinentalrändern.
Sie kommen daher auf eine wesentlich höhere
Schätzung von insgesamt 78.000 Gt, die aber auf
unrealistischen Annahmen über die Sedimentationsraten
von organischem Kohlenstoff in der Tiefsee
beruht. Der WBGU hält die Schätzung von 500–
3.000 Gt für vertrauenswürdig. Noch einmal soviel
Methan ist gasförmig unterhalb der Hydrate vorhanden
(Archer, 2005). Dazu einige Vergleichszahlen:
Ende 2004 beliefen sich die nachgewiesenen Kohleund
Erdgasreserven auf 900 bzw. 92 Gt C (BP, 2005);
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