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

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94 6 Methanhydrate im Meeresboden in der Atmosphäre befinden sich 805 Gt C, davon 210 Gt aus anthropogenen Emissionen. 6.2 Methanfreisetzung durch Eingriffe des Menschen Die Stabilität der Methanhydratvorkommen kann einerseits durch die globale Klimaerwärmung beeinflusst werden, andererseits bestehen Risiken einer unbeabsichtigten Methanfreisetzung beim Abbau von Erdöl, Erdgas und in Zukunft möglicherweise auch von Methanhydrat selbst. 6.2.1 Reaktion auf Druck- und Temperaturänderungen Druck- und Temperaturänderungen in der Hydratschicht führen zu einer Veränderung der Stabilitätszone, d. h. dem Tiefenbereich im Sediment, in dem Methanhydrat stabil ist. Höherer Druck stabilisiert die Methanhydrate, während eine Erwärmung die Stabilitätszone reduziert. Dabei werden die Methanhydrate meist von unten her aufgetaut (Abb. 6.1-1). Abbildung 6.1-1a zeigt in einem Phasendiagramm die Stabilitätszone im Ozean und in den darunter liegenden Sedimenten. Die rote Kurve gibt die Temperatur an: Im Ozean nimmt sie mit zunehmender Tiefe ab, im Sediment aufgrund der Erdwärme wieder zu. Die schwarze Kurve markiert die durch die jeweiligen Druckbedingungen bestimmte Temperatur, unterhalb derer Methanhydrate stabil sind. Das bedeutet: Methanhydrate können im Sediment nur in dem Tiefenbereich vorliegen, wo die Temperatur (rot) unterhalb der Stabilitätstemperatur (schwarz) liegt. Der Schnittpunkt der roten und schwarzen Tiefe a b c Ozean Methanhydrat Methangas Methanfreies Sediment Meeresboden Kurve im Sediment bildet damit die untere Grenze der Stabilitätszone. Erwärmt sich der Ozean um 3°C, verschiebt sich die rote Temperaturkurve um den entsprechenden Betrag nach rechts (Abb. 6.1-1b). Der neue Schnittpunkt von Temperatur- und Stabilitätstemperaturkurve markiert die neue untere Grenze der Stabilitätszone, welche nach oben gewandert ist. Die Menge gasförmigen Methans unterhalb der Hydratschicht hat sich um den entsprechenden Betrag vergrößert. In Abbildung 6.1-1c ist angenommen, dass sich der Ozean rasch um 8°C erwärmt, so dass die Temperaturkurve vollständig rechts der Stabilitätstemperaturkurve liegt und Hydrate damit in keiner Tiefe mehr stabil sind.Während sich bei einem Anstieg der Meerestemperatur um 3°C zunächst die gesamte Sedimentschicht bis an die untere Grenze der Stabilitätszone erwärmen muss bis sich dort Methanhydrat überhaupt auflöst, beginnt die Destabilisierung der Hydrate bei dem Beispiel mit einen Anstieg um 8°C bereits am Meeresboden und damit bevor sich die gesamte Sedimentschicht entsprechend erwärmt. Im Zuge des Temperaturanstiegs lösen sich die Methanhydrate von oben her vollständig auf. 6.2.2 Wirkung des Klimawandels auf Methanhydrate Die globale Klimaerwärmung führt sowohl zu Temperaturänderungen im Ozean als auch zu Veränderungen des Meeresspiegels und damit zu Druckveränderungen auf dem Meeresboden. Abbildung 6.1-2 gibt einen Überblick, welche Effekte dies auf die Methanhydatvorkommen haben könnte. In pessimistischen IPCC-Szenarien steigt die mittlere Meeresoberflächentemperatur bis Ende dieses +3°C +8°C Temperatur Abbildung 6.1-1 Änderung der Methanhydratschicht bei Erwärmung. Die schwarze Kurve beschreibt die Stabilitätstemperatur in Abhängigkeit von der Tiefe. Die rote Kurve zeigt die tatsächliche Temperatur an; rot gestrichelt sind schematische Temperaturprofile nach einer Erwärmung um 3°C (Stabilitätszone von Hydraten wird von unten her dünner) bzw. 8°C (Stabilitätszone verschwindet ganz) gezeigt. Quelle: WBGU
100 100 Erwärmung der Meeresoberfläche Gesicherte Wirkung Mögliche Wirkung 1.000 Erwärmung des gesamten Ozeans bis zum Meeresgrund Erwärmung der Sedimentschicht Auflösen der Hydrate von unten nach oben Methan entweicht durch Diffusion Oxidation des Methans beim Aufstieg durch die Wassersäule Erhöhung des gelösten anorganischen Kohlenstoffs im Meer 1.000 Jahrhunderts um 5°C über das vorindustrielle Niveau. Regional, z. B. in der Arktis, könnte dieser Wert sogar bis zu 10°C betragen. Die hohen Breitengrade sind von globaler Bedeutung, weil hier der Ursprung der kalten Wassermassen ist, die weltweit die Tiefsee ausfüllen. Aufgrund der stabilen Temperaturschichtung und der langsamen Vermischung des Ozeans wird diese Erwärmung in der Regel nur langsam im Laufe von einigen Jahrhunderten bis zum Meeresboden vordringen. Ähnliche Zeiträume sind notwendig, um die Sedimentschicht bis in mehrere 100 m Tiefe durchzuwärmen. Nur unter besonderen lokalen Bedingungen – bei Hydratvorkommen in geringer Meeresstiefe und in gut durchmischten Globale Erwärmung CO 2 -Aufnahme durch das Meer Erhöhung der atmosphärischen CO 2 -Konzentration 1.000 Unterwasserrutschungen Versauerung 1.000 Methanfreisetzung durch Eingriffe des Menschen 6.2 100 10 Atmosphärisches CH 4 oxidiert zu CO 2 Änderung der Meeresströmungen Abrupte Temperaturänderung am Meeresboden Auflösen der Hydrate von oben nach unten Methan entweicht durch Blowout Erhöhung der atmosphärischen CH 4 -Konzentration Verstärkung des Treibhauseffekts Abbildung 6.1-2 Ursachen und Folgen der Methanhydratdestabilisierung. Die Mechanismen werden im Text besprochen. Zahlen oberhalb der Pfeile bezeichnen die jeweiligen Zeitskalen des Prozesses in Jahren (keine Angabe = unmittelbarer Effekt). Quelle: WBGU Meeresgebieten – könnten Hydrate durch die Erwärmung auch kurzfristig (innerhalb dieses Jahrhunderts) instabil werden. Ein Entweichen von Hydraten in größerem (d. h. für das Klima spürbaren) Umfang ist also keine akute sondern eine langfristige Gefahr. Über Jahrhunderte könnte es zu einer verstärkenden Rückkopplung der globalen Erwärmung kommen, deren Eindämmung auf Dauer erschwert wird. Relativ rasche und starke lokale Temperaturänderungen können sich ergeben, wenn sich Meeresströmungen ändern, eine Gefahr, die vor allem für den nördlichen Atlantik diskutiert wird (Kap. 2.1.3). Die Konsequenzen für die Temperatur am Meeresboden 95
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