Flächenhafte und zeitliche Variabilität der Methanemissionen ...

TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN
FAKULTÄT FORST-, GEO- UND HYDROWISSENSCHAFTEN
INSTITUT FÜR GEOGRAPHIE
Diplomarbeit
zur Erlangung des akademischen Grades
Diplom-Geograph
F lächenhafte und zeitliche Variabilität der
Methanemissionen während der
vorgelegt von: Peter Schreiber
geboren am: 30.01.1979 in Dresden
Schneeschmelze in einem
borealen Moor in
Nord-K arelien
Betreuer: Prof. Dr. Arno Kleber
Institut für Geographie,
Technische Universität Dresden
Dresden, 3. September 2007
Dr. Martin Wilmking, Dr. Lars Kutzbach
Institut für Botanik und Landschaftsökologie,
Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald

Ehrenwörtliche Erklärung
Hiermit erkläre ich ehrenwörtlich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig angefertigt habe.
Die aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommenen Gedanken sind als solche
kenntlich gemacht.
Dresden, 03. September 2007
Peter Schreiber

VORWORT
Die Idee zu dieser Arbeit entstand in zahlreichen interessanten Gesprächen mit Dr. Lars Kurzbach
während eines Forschungspraktikums im Sommer 2005 in Mekrijärvi, Finnland. Im Rahmen
von Untersuchungen der Arbeitsgruppe Ökosystemdynamik der Ernst-Moritz-Arndt-Universität
Greifswald zu Kohlenstoffkreisläufen in borealen Mooren soll die Arbeit den Erkenntnisstand um
Methanprozesse während der Schneeschmelze erweitern. Die Finanzierung des Forschungsaufenthaltes
zum Zwecke dieser Diplomarbeit erfolgte durch Mittel des an Dr. Martin Wilmking vergebenen
Sofja Kovalevskaya-Preises der Alexander von Humboldt-Stiftung.
An dieser Stelle möchte ich allen Personen danken, die durch ihre vielfältige Unterstützung zum
Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben.
Ein ganz besonderer Dank gilt Prof. Dr. Arno Kleber und Dr. Martin Wilmking, die mir die
Möglichkeiten gaben, mich in verschiedene wissenschaftliche Forschungsfelder einzuarbeiten und mir
dabei viel Vertrauen entgegenbrachten und sehr gute Einblicke vermittelten.
Im besonderen Maße möchte ich mich bei Dr. Lars Kutzbach bedanken, der mir jederzeit mit
kompetenten Ratschlägen, weiterführenden Anregungen sowie kritischen Hinweisen zu Seite stand
und diese Diplomarbeit von der Konzeption an professionell betreute.
Inke Forbrich und Thomas Becker möchte ich herzlich für die Unterstützung bei der Feldarbeit
in Salmisuo sowie für die zahlreichen kritischen Diskussionen danken. Carolyn Schäfer danke ich für
den Einblick in ihre Forschungsergebnisse.
Jens Ibendorf unterstützte mich bei meiner Feldarbeit und brachte mich immer wieder zum Lachen.
Sein praktisches Verständnis und sein Ideenreichtum waren mir immer eine große Hilfe.
Für nähere Erklärungen zu den in ALM et al. (1999) präsentierten Ergebnissen und der Vegetation
in Salmisuo möchte ich Dr. Sanna Saarnio danken. Eine Ihanus gilt mein Dank für das Vertrauen
und die Unterstützung bei der Gasanalytik im Labor von Mekrijärvi.
Bedanken möchte ich mich weiterhin bei Dr. Gerd Garten, Dr. Lutz Maerker und Michael
Dietze für die erfolgreiche Zusammenarbeit und die zahlreichen Gespräche, die mir immer wieder
interessante Einblicke verschafften.
Im besonderen Maße möchte ich mich bei Beatrice Groß bedanken. Sie stand mir immer zur
Seite, hat mir in der Endphase viel Kraft gegeben und mir mit ihrer kritischen Durchsicht des Manuskriptes
sehr geholfen.
Mein ganz besonderer Dank gilt Sebastian Wolf für die wissenschaftlich wie auch freundschaftlich
fruchtbaren Jahre der Zusammenarbeit. Er stand mir während meines ganzen Studiums mit vielen
Ratschlägen und tiefgründigen Diskussionen zur Seite.
Abschließend möchte ich mich bei den Mitgliedern der Arbeitsgruppe Ökosystemdynamik für
die angenehmen Aufenthalte in Mekrijärvi und Greifswald bedanken.
Peter Schreiber, September 2007

INHALTSVERZEICHNIS
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungen...................................................................................................... IV
Zusammenfassung............................................................................................VII
Abstract ........................................................................................................ VIII
1 Einleitung...................................................................................................... 1
2 Ziel- und Fragestellungen.............................................................................3
3 Grundlagen ...................................................................................................4
3.1 Entstehung und Funktion von Mooren......................................................................................... 4
3.2 Methanflüsse in Mooren .................................................................................................................. 4
3.2.1 Methanogenese............................................................................................................................ 4
3.2.2 Methanotrophie........................................................................................................................... 5
3.2.3 Transport und Emission von Methan...................................................................................... 6
3.2.4 Einfluss von Schnee auf Transport und Emission von Methan ......................................... 7
4 Untersuchungsgebiet ....................................................................................8
4.1 Geographische Einordnung ............................................................................................................ 8
4.2 Geologische Einordnung ................................................................................................................. 9
4.3 Klimatische Einordnung und klimatische Bedingungen während des
Untersuchungszeitraumes ................................................................................................................ 9
4.4 Vegetationseinordnung...................................................................................................................11
4.5 Das Moor Salmisuo.........................................................................................................................11
5 Methoden .................................................................................................... 14
5.1 Schnee- und Eiseigenschaften.......................................................................................................14
5.1.1 Messstrategie und – anordnung..............................................................................................14
5.1.2 Maßnahmen zur Minimierung von Störungen der Schneedecke....................................... 15
5.1.3 Schneehöhe................................................................................................................................16
5.1.4 Schneedichte..............................................................................................................................17
5.1.5 Schneetemperaturprofile..........................................................................................................17
I

Inhaltsverzeichnis
II
5.1.6 Schnee- und Eislagen sowie Kristallformen des Schnees ...................................................18
5.1.7 Fotodokumentation der zeitlich-räumlichen Variabilität der Schneeschmelze ................18
5.2 Klimadaten .......................................................................................................................................19
5.3 Feldmessungen der Methankonzentrationen und -emissionen ................................................19
5.3.1 Messstrategie und -anordnung ................................................................................................19
5.3.2 Prinzip der Konzentrationsgradientenmessung im Schnee ................................................20
5.3.3 Prinzip der Haubenmessungen...............................................................................................24
5.4 Gaschromatographie.......................................................................................................................26
5.5 Berechnung der Methanemissionen..............................................................................................27
5.5.1 Methanemissionen aus Konzentrationsprofilmessungen ...................................................27
5.5.2 Methanemissionen aus Haubenmessungen...........................................................................30
5.6 Statistische Methoden der Fehlerbeschreibung...........................................................................32
5.6.1 Fehlerfortpflanzung für die berechneten Methanemissionen ............................................32
5.6.2 Messgerätefehler und Fehler messgeräteunabhängiger Variablen......................................34
6 Ergebnisse ...................................................................................................37
6.1 Klimadaten .......................................................................................................................................37
6.2 Schnee- und Eiseigenschaften .......................................................................................................37
6.2.1 Schneehöhe................................................................................................................................37
6.2.2 Schneedichte ..............................................................................................................................41
6.2.3 Schneetemperatur......................................................................................................................41
6.2.4 Schnee- und Eislagen sowie Kristallformen .........................................................................41
6.3 Räumliche Variabilität der Schneeschmelze.................................................................................45
6.3.1 Kleinräumige Variabilität .........................................................................................................45
6.3.2 Grossräumige Variabilität ........................................................................................................46
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo.....48
6.4.1 Methankonzentrationsgradienten in der Schneedecke ........................................................48
6.4.2 Methankonzentrationen an der Schneebasis.........................................................................52
6.4.3 Aus Konzentrationsgradienten berechnete Methanflüsse ..................................................54
6.4.4 Ergebnisse der Haubenmessungen ........................................................................................59
6.4.5 Aus Haubenmessungen berechnete Methanflüsse...............................................................62

Inhaltsverzeichnis
7 Diskussion...................................................................................................63
7.1 Bewertung der verwendeten Methoden....................................................................................... 63
7.1.1 Konzentrationsgradientenmethode..............................................................................................63
7.1.2 Haubenmethode..............................................................................................................................66
7.1.3 Statistische Methoden.....................................................................................................................68
7.2 Zeitliche Variabilität der Methanemissionen während der Schneeschmelze .......................... 69
7.3 Flächenhafte Variabilität der Methanemissionen während der Schneeschmelze................... 71
7.4 Die Schneedecke als Einflussgröße des diffusiven Methanaustausches zwischen Moor
und Atmosphäre..............................................................................................................................73
7.5 Bedeutung der Schneeeigenschaften für die Methanprozesse im Moor................................. 76
7.6 Schlussfolgerungen .........................................................................................................................77
7.7 Ausblick ............................................................................................................................................80
Literaturverzeichnis ............................................................................................83
Verzeichnis der Daten- und Internetquellen ......................................................90
Persöhnliche Mitteilungen.................................................................................. 91
Abbildungsverzeichnis........................................................................................92
Tabellenverzeichnis.............................................................................................97
III

Abkürzungen
ABKÜRZUNGEN
IV
a ____ Jahr (annum)
Abb. ____ Abbildung
bspw. ____ beispielsweise
bzw. ____ beziehungsweise
C ____ Celsius
ca. ____ circa
CH4 ____ Methan
cm ____ Zentimeter
cm 3 ____ Kubikzentimeter
CO2 ____ Kohlenstoffdioxid
d ____ Tag (day)
E ____ Osten (east)
g ____ Gramm
GC ____ Gaschromatograph
ggf. ____ gegebenenfalls
Gt ____ Gigatonne
h ____ Stunde (hora)
ha ____ Hektar
hPa ____ Hektopascal
inkl. ____ inklusive
K ____ Kelvin
km ____ Kilometer
km 2 ____ Quadratkilometer
m ____ Meter
m 2 ____ Quadratmeter
m 3 ____ Kubikmeter
mündl. ___ mündlich
mg ____ Milligramm
min ____ Minute
ml ____ Milliliter
mm ____ Millimeter
Mrd. ____ Milliarden

n ____Anzahl der Datenpunkte
N ____Norden (north)
N. N. ____Normal Null
ppm ____Millionstel (parts per million)
R² ____Bestimmtheitsmaß
s ____Sekunde
S ____Süden (south)
schriftl. ___schriftlich
Tg ____Tera Gramm (1 Tg = 1012 g)
u. a. ____und andere / unter anderem
ü. ____über
v. a. ____vor allem
vgl. ____vergleiche
W ____Westen (west)
z. B. ____zum Beispiel
z. T. ____zum Teil
% ____Prozent
° ____Grad (1° = 1 rad π/180)
°C ____Grad Celsius
Abkürzungen
V

ZUSAMMENFASSUNG
Zusammenfassung
Die Moore der hohen Breiten stellen global betrachtet bedeutende Quellen des atmosphärischen
Spurengases Methan (CH4) dar. Die Methanemissionen aus borealen Mooren sind durch
kleinskalige räumliche Heterogenitäten gekennzeichnet und besitzen auf Grund der extremen klimatischen
Kontraste zwischen Sommer und Winter eine ausgeprägte jahreszeitliche Variabilität. Obwohl
der Winter die vorherrschende Jahreszeit in borealen Klimaten ist, werden die meisten wissenschaftlichen
Studien während der Vegetationsperiode durchgeführt, wodurch Daten der Winterzeit nur sehr
eingeschränkt vorhanden sind.
In der vorliegenden Arbeit wurde die flächenhafte und zeitliche Variabilität der Methanemissionen
während der Schneeschmelze in einem borealen Moor in Nord-Karelien untersucht.
Dabei werden die Resultate einer Feldkampagne präsentiert, welche während der Schneetauperiode
im April 2006 im finnischen Moor Salmisuo (62° 46' N, 30° 58' E) durchgeführt wurde. Das
Moor wird als kurzhalmiges Sphagnum papillosum Weissmoor-Reisermoor klassifiziert und weist die drei
typischen Mikrostandorte Hummock (trocken), Lawn (Übergangsbereich zwischen trocken und nass)
und Flark (nass) auf.
Die diffusiven Methanemissionen wurden mittels der Konzentrationsgradientenmethode (basierend
auf dem 1. Fisck’schen Gesetz) und der Haubenmethode (Hell- & Dunkelhauben) bestimmt.
Zusätzlich wurden Profile von Schneedichte (für Porosität und Tortuosität) und Schneetemperatur
aufgenommen. Für beide Methoden wurden die Unsicherheiten der Berechnung Methanflüsse mittels
der Fehlerfortpflanzung aller relevanten Einflussgrößen abgeschätzt.
Während der Schneeschmelze waren die Methanflüsse auf Grund der sich schnell ändernden
Schnee- und Eiseigenschaften sehr dynamisch. Vor Einsetzen der Schneeschmelze lagen die gemittelten
Flüsse der Hummocks und Lawns bei 0,25 ± 0,19 bzw. 0,18 ± 0,12 mg CH4 m -2 h -1 . Auf Grund
von Schmelzwasserakkumulation, welche zu Beginn der Schneeschmelze eine Barriere für Gasflüsse
darstellte, sanken die Methanflüsse deutlich ab. Danach steigerten sich die Methanemissionen langsam
wieder, wurden jedoch von weniger porösen, schmelzwasserreichen Schneelagen in den oberen Bereichen
der Schneeschicht limitiert. Dies führte zu einer verstärkten Akkumulation von Methan in den
unteren Bereichen der Schneedecke und damit zu nicht linearen Konzentrationsprofilen über die
Schneehöhe. Auf den von Moorwassereis völlig überdeckten Flarks tendierten die Methanemissionen
zum Ende des Winters gegen null und stiegen erst zum Ende der Schneeschmelze deutlich an (>0,07
mg CH4 m -2 h -1 ). Verglichen mit der Vegetationsperiode, in der die Flarks die dominanten Methanemittenten
darstellen, tragen die Mikrostandorte unterschiedlich zu den Methanemissionen während
der kalten Winterperiode bei. Die berechneten Standardfehler der Konzentrationsgradientenmessungen
(0,05 CH4 m -2 h -1 ) sowie der Haubenmessungen (0,01 mg CH4 m -2 h -1 ) waren deutlich geringer als
die Standardabweichungen gleicher Mikrostandorte (bis zu 0,18 mg CH4 m -2 h -1 ).
Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass mit Konzentrationsgradientenmessungen und
Haubenanalysen vergleichbare Ergebnisse mit adäquaten Messungenauigkeiten erzielt werden kön-
VII

Abstract
nen. Dabei beeinflussen Schnee- und Eisdynamiken während der Schneeschmelze die Methanemissionen
borealer Moore sehr stark. Die Existenz von Moorwassereisschichten und deren Position unter
oder oberhalb der Mooroberfläche bedingen die winterlichen Methanemissionen der unterschiedlichen
Mikrostandorte deutlich. Zudem kann Schmelzwasser in der Schneedecke die Methanflüsse efektiv
limitieren. Da die stärksten Auswirkungen des Klimawandels in den hohen Breiten für die Winterperiode
prognostiziert werden, bekommen die Einflüsse der kryosphären Prozesse auf den Kohlenstoffkreislauf
eine besondere Bedeutung für die zukünftigen Änderungen der Kohlenstoffbilanz.
ABSTRACT
High-latitude peatlands are important sources of atmospheric methane (CH4) at a global scale.
Methane emissions from boreal peatlands are characterised by a strong spatial heterogeneity and a
pronounced seasonal variability due to extreme climatic contrasts between the seasons. Although winter
is the predominant season in boreal climates, most methane studies were conducted during the
vegetation period, whereas data from the wintertime are sparse.
In this thesis, the variability of methane emissions in space and time during the thaw period
in a boreal peatland in North Karelia have been studied. The results of an field campaign
during April 2006 in the boreal peatland Salmisuo in Finland (62° 46' N, 30° 58' E) are presented and
discussed, focussing on the methane fluxes during the very dynamic spring thaw period. The peatland
is classified as a oligotrophic low-sedge Sphagnum papillosum pine fen with three typical microsites:
hummocks (dry), lawns (intermediate) and flarks (wet). The diffusive methane fluxes were determined
by snow concentration gradient (according to Fick’s first law) and closed-chamber (lucid and opaque)
approaches. Additionally, profiles of snow density (for porosity and tortuosity) and temperature were
measured. For both methods the uncertainties of the methane fluxes were estimated from the error
propagation of all relevant input variables.
During the thaw period in spring, methane fluxes were highly dynamic due to rapidly changing
snow and ice properties. Before the beginning of snowmelt mean fluxes from hummocks and lawns
were 0.25 ± 0.19 and 0.18 ± 0.12 mg CH4 m -2 h -1 , respectively. With the beginning of snow-melt, CH4 diffusion decreased significantly due to the accumulation of melt water at the bottom of the snow
pack, which acts as a barrier for gas diffusion. Afterwards, methane fluxes increased slowly with limitation
from dense layers in the upper parts of the snow layer due to thawing at the snow surface. Below
the dense layers in the upper part of the snow pack methane was accumulated resulting in
nonlinear concentration profiles. On ice-covered flarks fluxes tended toward zero by the end of winter
and increased by the end of snow melting (> 0.07 mg CH4 m -2 h -1 ). Remarkably, the microsites
contribute quite different to the peatland CH4 emission during the cold season compared to the vegetation
period, when the flarks are hot spots of CH4 emission. The calculated standard errors of the
snow concentration gradient and closed chamber measurements were with up to 0.05 mg CH4 m -2 h - 1
and 0.01 mg CH4 m -2 h -1 , respectively, much lower than the standard deviation of micro-site replicates
(up to 0.18 mg CH4 m -2 h -1 ).
VIII

Abstract
This work shows that snow gradient and closed chamber approaches reveale comparable results
with adequate measurement uncertainties. Snow and ice dynamics during the spring thaw period
strongly affect CH4 fluxes in boreal peatlands. The existence of peat water ice layers and their position
below or above the peat surface determines cold season CH4 fluxes of microsites in the peatland.
Furthermore, melt water in the snow pack can limit CH4 emissions efficiently. Since effects of climate
change in high-latitudes are expected to be most severe during wintertime, the influence of
cryospheric processes on the carbon cycle will be particularly important for changes of the carbon
balance in the future.
IX

1 EINLEITUNG
1 Einleitung
Neben Wasserdampf, Kohlendioxid, Lachgas, Ozon und den Flurchlorkohlenwasserstoffen,
gehört Methan (CH4) zu den so genannten Treibhausgasen. Diese Gase zeichnen sich durch ihre Eigenschaften
aus, kurzwelliges Sonnenlicht nahezu ungehindert durch die Atmosphäre bis zur Erdoberfläche
passieren zu lassen. Die von der Erdoberfläche ausgehende langwellige Strahlung wird von
diesen Gasen absorbiert und re-emmitiert. In der Erdatmosphäre bewirkt dieser Effekt eine Erhöhung
der Temperatur, insbesondere in der bodennahen Atmosphäre. Diese Wärmespeicherung wird
als natürlicher Treibhauseffekt bezeichnet (BOLIN et al. 1989, KHALIL 2000). Der natürliche Treibhauseffekt
ist die Grundlage der Entwicklung von höherem Leben auf der Erde, ohne diesen läge die
mittlere Temperatur der bodennahen Atmosphäre um 33 K niedriger als die heute beobachteten
+15 °C (IPCC 2001 & 2007, GRAEDEL & CRUTZEN 1994).
Von seiner Entstehung her kann atmosphärisches Methan in biogenes, geogenes und das bei
unvollständiger Verbrennung von Biomasse entstehende Methan gliedert werden, wobei anteilig ca.
75 % biogenen Ursprungs sind (MANNING et al. 1990). Der Methan bildende Prozess wird als Methanogenese
bezeichnet und läuft unter anaeroben Verhältnissen ab. Unter reduzierenden Bedingungen
produzieren dabei methanogene Mikroorganismen Methan durch den anaeroben Abbau von
organischer Substanz (KHALIL & SHEARER 2000).
Methan spielt als atmosphärisches Spurengas eine entscheidende Rolle für die Chemie und den
Energiehaushalt der Atmosphäre. Nach Kohlendioxid (CO2) ist Methan die zweithäufigste in der Atmosphäre
vorkommende Kohlenstoffverbindung. In der Erdatmosphäre wurde es erstmals von MI-
GEOTTE (1948) als Bestandteil nachgewiesen. Die Konzentration von Methan galt bis in die 80er Jahre
als konstant, erst danach setzte sich die Einsicht eines bestehenden Methan-Konzentrationsanstiegs
durch (KHALIL 2000). Die durchschnittliche Troposphärenkonzentration lag 2005 bei 1,774 ppm,
wobei sich die Konzentration seit Beginn der Industrialisierung mehr als verdoppelt hat (IPCC 2007).
Untersuchungen an Eisbohrkernen beider Polarregionen haben gezeigt, dass die Methankonzentration
seit dem Ende des Younger-Dryas-Stadials (mit weniger als 0,5 ppm CH4) bis zum Ende der vorindustriellen
Zeit (um 1800) zwischen 0,57 ppm und 0,75 ppm schwankte (CHAPPELLAZ et al. 2000).
Neben einer Konzentrationssteigerung von Methan kam es seit Beginn der Industrialisierung auch zu
einem Konzentrationsanstieg der anderen Treibhausgase und damit zum anthropogenen Treibhauseffekt
(IPCC 1995). Da Methan die langwellige Wärmestrahlung sehr gut absorbiert, hat dieses Gas
trotz der geringen atmosphärischen Konzentration einen sehr hohen Anteil (15 % bis 20 %) am
anthropogenen Treibhauseffekt. Die Verweildauer in der Atmosphäre beträgt etwa 12 Jahre, wobei
das Erwärmungspotential etwa dem 25-fachen von CO2 entspricht (IPCC 2007). Darüber hinaus trägt
Methan auch noch zum Abbau von Ozon in der Stratosphäre bei (WUEBBLES et al. 2000).
Die Komplexität der globalen Kohlenstoffkreisläufe hat es bisher nur bedingt ermöglicht, exakte
Vorstellungen und Prognosen über die Folgen der anthropogen verursachten Veränderung in der
Zusammensetzung der Atmosphäre zu entwickeln (WORTHY et al. 2000). MATTHEWS (2000) gibt für
1

1 Einleitung
anthropogene Methanquellen, wie Nassreisanbau, Domestikation von Wiederkäuern, Deponierung
organischer Abfälle, Verbrennung fossiler Energierohstoffe und Bergbau, eine globale Emissionsleistung
von 358 Tg CH4 a -1 an. Natürliche Methanquellen, wie natürliche Feuchtgebiete, Termiten, geothermische
Prozesse, Wildfeuer tragen mit 145 Tg CH4 a -1 zu mehr als einem Drittel an den gesamten
globalen Methanemissionen von 503 Tg CH4 a -1 bei. Dabei emittieren unter den natürlichen Methanquellen
die Feuchtgebiete (Moore, Sümpfe, Marschen, Auen, flache Seen) mit ca. 100 Tg CH4 a -1 ca.
20 % des jährlich freigesetzten Methans.
Etwa 50 % dieser Feuchtgebiete befinden sich zwischen 50° und 70° nördlicher Breite, wobei
der größte Teil von Mooren eingenommen wird (MATTHEWS & FUNG 1987, MATHEWS 2000). Mit
einem Flächenanteil von ca. 11 % bedecken Moore weite Bereiche der borealen Zone (LANG 1994)
und sind auch auf globaler Ebene bedeutende Methanquellen (GORHAM 1991). In Finnland befinden
sich allein 3 % der gesamten Moorflächen der Erde (MALTBY & PROCTOR 1996a).
Auf Grund der Bedeutung für den globalen atmosphärischen Methanhaushalt wurden in Mooren
schon zahlreiche Untersuchungen zu Methanemissionen aus diesen Gebieten durchgeführt. Jedoch
beschränkten sich diese Messungen meistens auf die Vegetationsperiode (ALM et al. 1997 &
2007, BUBIER et al. 2005, SAARNIO et al. 1997, u. a.). Wesentlich weniger Untersuchungen galten der
Erforschung von Methanemissionen aus Mooren unter dem Einfluss einer winterlichen Schneebedeckung
(ALM et al. 1999, DISE (1992), MELLOH & CRILL 1995, PANIKOV & DEDYSH 2000, SOMMER-
FELD et al. 1993). Die winterliche Periode mit durchgängiger Schneebedeckung ist kennzeichnend für
die hohen Breiten, in denen prozentual auch die meisten Moore vorkommen (LAPPALEINEN 1996,
STRAHLER & STRAHLER 1999). Teilweise bedeckt Schnee über die Hälfte des Jahres die borealen
Landschaften (SCHULTZ 2000). Wesentlich weniger Aufmerksamkeit wurde dabei dem sehr heterogenen
Zeitrum der Schneeschmelze und dem Übergang zur Vegetationsperiode geschenkt (HEYER et al.
2002, PANIKOV & DEDYSH 2000). Daher und auf Grund der prognostizierten Erwärmung in diesen
Gebieten sowie der damit verbundenen Zunahme von Schneeschmelzereignissen innerhalb der Winterzeit,
sind Kenntnisse über den detaillierten Einfluss einer abschmelzenden Schneeschicht auf die
Methanemissionen von Mooren von großer Bedeutung.
Die Forschungsgruppe Ökosystemdynamik der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald begann
im Frühjahr 2005 im Rahmen des Projekts „Eurasian Peatlands in a Changing Climate“ mit der
Erforschung des Kohlenstoffhaushaltes des Moores Salmisuo. Ein Teilprojekt dabei ist die Ermittlung
der Austauschflüsse von CH4 und CO2 zwischen Moorböden, Vegetation und der Atmosphäre.
Die hier vorgestellte Arbeit soll die Datenaufnahmen während der Vegetationsperiode um die Betrachtungen
der Schneeschmelzphase zum Ende des Winters ergänzen.
2

2 ZIEL- UND FRAGESTELLUNGEN
2 Ziel- und Fragestellungen
Moore bedecken weite Teile der borealen Zone und stellen bedeutende natürliche Produzenten
des klimarelevanten Gases Methan dar (vgl. Kapitel 1). Die Schneebedeckung in der Winterzeit kann
den Gasaustausch zwischen Moor und Atmosphäre nicht unterbinden. Jedoch beeinflussen die verschiedenen
Eigenschaften des Schnees die Gasflüsse (ALM et al. 1997, MELLOH & CRILL 1995 &
1996, SOMMERFELD ET AL. 1993 & 1996). Insbesondere die Periode der Schneeschmelze zum Ende
des Winters ist von starker Heterogenität geprägt, was sich besonders in hohen Variabilitäten der Eigenschaften
der Schneedecke äußert (DINGMAN 1993, MASSMAN 1995).
Bezüglich des Verhaltens von Methan-Gasflüssen eines borealen Moores während der Schneebedeckung
und vor allem der Auftauzeit bestehen verschiedene offene bzw. nicht ausreichend geklärte
Fragen. Ziel dieser Arbeit ist es, die folgend formulierten Fragestellungen bezüglich der Methanemissionen
während der Schneeschmelze im Moor Salmisuo (Nord-Karelien, Finnland) zu untersuchen:
• Welche flächenhaften und zeitlichen Variabilitäten der Schneeeigenschaften treten in der
abschmelzenden Schneedecke im Moor Salmisuo auf?
• Wie verhalten sich die Methanemissionen im Moor Salmisuo während der Auftauphase
bezüglich ihrer zeitlichen Variabilität?
• Gibt es Unterschiede der Methanemissionen zwischen den einzelnen Mikrostandorten
Hummock, Lawn und Flark sowie innerhalb dieser Vegetationsformen?
• Welchen Einfluss haben die Schneeeigenschaften auf den Methanaustausch zwischen
Moor und Atmosphäre?
• Kommt es zu einer temporären Speicherung von Methan innerhalb der Schneedecke
und gibt es dabei zeitliche sowie flächenhafte Variabilitäten?
• Besitzen Eisschichten innerhalb der Schneedecke sowie gefrorenes Moorwasser einen
mindernden Einfluss auf die Emissionsleistungen von Methan?
• Sind die bekannten Methoden Konzentrationsgradientenmessungen und Haubenmessungen
zur Bestimmung von Gasemissionen von Mikrostandorten auch während der
Schneeschmelze für Methanemissionen aus einem Moor anwendbar?
3

3 Grundlagen
3.1 Entstehung und Funktion von Mooren
3 GRUNDLAGEN
3.1 ENTSTEHUNG UND FUNKTION VON MOOREN
Die Existenz von Mooren allein ist schon ein Beweis für die Speicherung von atmosphärischem
Kohlenstoff (WADDINGTON & ROULET 2000). Es sind Ökosysteme, die durch Torfakkumulation
gekennzeichnet sind (JOOSTEN & SUCCOW 2001a). Auf Grund der Unausgeglichenheit zwischen Produktion
und Zersetzung der Phytomasse kommt es zur Akkumulation von organischer Substanz als
Torf, da der Abbau der Streu durch den hohen Moorwasserstand gehemmt ist (SCHEFFER &
SCHACHTSCHABEL 2002).
Man unterscheidet u. a. subhydrisch entstandene Niedermoore und Hochmooren, welche unabhängig
vom Grundwasserstand und nur bei positiver Wasserbilanz durch ausreichend Niederschlag
gebildet werden (JOOSTEN & SUCCOW 2001b, SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL 2002). Infolge von
Verdichtung nimmt die hydraulische Leitfähigkeit des Torfes mit der Tiefe ab, da der Torf durch Zersetzung
und wachsender Auflast mehr und mehr verdichtet wird. Durch die Akkumulation von organischer
Substanz und auf Grund ihrer hydraulischen Eigenschaften haben Moore eine globale ökologische
Bedeutung als Stoff- und Wasserspeicher. Besonders die Speicherfähigkeit für organischen
Kohlenstoff ist von großer Bedeutung, ca. 20 % der globalen terrestrischen Vorräte sind in Mooren
gespeichert (MALTBY & PROCTOR 1996b). Für die letzten 6000 Jahre wird von GORHAM (1991) für
Moore eine totale Speicherung zwischen 200 und 445 Gt Kohlenstoff ausgewiesen. Dies entspricht
einer jährlichen Bindung von 20-50 g C m -2 a -1 (TOLONEN & TURUNEN 1996).
3.2 METHANFLÜSSE IN MOOREN
3.2.1 METHANOGENESE
In Mooren entsteht Methan durch den Prozess der biogenen Methanbildung welcher als Methanogenese
bezeichnet wird. Die CH4-Produktion erfolgt durch methanogene, streng anaerobe prokaryotische
Mikroorganismen, die dem Reich der Archaea angehören (WANG et al. 1993 zitiert in
KUTZBACH 2000). Diese Bedingungen finden sich häufig in stark wasserbeeinflussten Böden, da Sauerstoff
in diesen Bereichen durch mikrobielle Respiration verbraucht ist und nur begrenzet aus der
Atmosphäre nachdiffundieren kann (SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL 2002). Die Methanogenese ist
einer der wichtigsten finalen Prozesse der anaeroben Abbaukette von Kohlenstoffverbindungen. Als
Ausgangssubstrate dienen nur wenige einfache organische sowie anorganische Kohlenstoffverbindungen
(Abb. 1). Diese Substrate limitieren die CH4-Produktion und sind abhängig von der Aktivität
anderer, im Prozessgefüge vorangestellter Mikroorganismen. Somit folgen aus einer hohen Verfügbarkeit
an Kohlenstoff auch hohe Methanbildungsraten (AUGUSTIN 2001, BOONE 2000).
Die höchsten Aktivitäten bezüglich der Methanproduktion erreichen die methanogenen Mikroorganismen
in einer Temperaturspanne von 20 °C bis 45 °C (BOONE 2000). Aber auch bei sehr viel
4

3 Grundlagen
3.2 Methanflüsse in Mooren
niedrigeren Temperaturen zeigen solche Mikroorganismen noch Methan produzierende Aktivitäten.
WAGNER et al. (2007) fanden aktive Methanogenese noch bei -6 °C.
Abb. 1: Prinzipien der Methanbildung und des Gasaustausches zwischen Torfkörper und Atmosphäre
bei Anwesenheit eines Pflanzenbestandes mit aktivem internem Gastransportsystem (Aerenchymen;
xaus: AUGUSTIN 2001).
3.2.2 METHANOTROPHIE
Als Methanotrophie wird der Prozess des biogenen Methanabbaus bezeichnet. Er erfolgt über
Stoffwechselreaktionen methanotropher Bakterien unter aeroben Bedingungen über den vom Moorwasser
gesättigten Bereichen (Abb. 1). Diese Mikroorganismen nutzen Methan als Energiequelle
(BOONE 2000). Der Abbau erfolgt über die schrittweise Oxidation von Methan über Methanol, Formaldehyd
und Formiat zu Kohlendioxid. Die größten Oxidationsaktivitäten von Methan finden sich
immer an der Grenzfläche zwischen den anaeroben und aeroben Bereichen des Moores. Hier steht
das größte Angebot an Methan sowie ausreichend Sauerstoff zur Verfügung (BOONE 2000, WAHLEN
et al. 1996). Es besteht eine bedeutende Abhängigkeit der Methanoxidation zum Transportweg und
zur Verweildauer des Methans in aeroben Bereichen von Böden (CONRAD 1989 zitiert in KUTZBACH
2000) und Schnee (KIM et al. 2007). Methanoxidation findet wie Methanogenese auch bei negativen
Temperaturen statt (BJÖRKMAN 2007).
Aus dem Verhältnis von Methanogenese und Methanotrophie ergibt sich die Methanemission.
Sie ist abhängig von den absoluten und relativen Ausdehnungen der anaeroben und aeroben Bereiche,
sowie den zur Verfügung stehenden Transportmechanismen. Letztere werden im folgenden Kapitel
näher betrachtet.
5

3 Grundlagen
3.2 Methanflüsse in Mooren
3.2.3 TRANSPORT UND EMISSION VON METHAN
Methanemissionen aus Mooren können über verschiedene Pfade erfolgen. Die bedeutendsten
sind Diffusion, Gasblasenfreisetzung (Ebullition) sowie pflanzenvermittelter Transport (SCHÜTZ et al.
1991). Von eher geringer Bedeutung ist dagegen der konvektive Gastransport, welcher von Druckgradienten
getrieben, in Folge von kurzfristig wechselnden Wasserständen, Starkregenereignissen oder
durch starken Wind auftreten kann.
Die Diffusion ist ein passiver Molekühltransportprozess, welcher im Falle der Methanemissionen
im luftgefüllten Porenraum des Bodens (SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL 2002) und, im Falle einer
der Moorvegetation aufliegender Schneedecke, des Schnees stattfindet (ALM et al. 1999 & 2007,
KIM et al. 2007, MELLOH & CRILL 1995, SOMMERFELD et al. 1993 u. a.). Die Diffusion von Methan in
Wasser ist um den Faktor 10 4 langsamer als jener in Luft und spielt deshalb für Methanemissionen
über Diffusion kaum eine Rolle, solange noch luftgefüllter Porenraum zur Verfügung steht (SCHEF-
FER & SCHACHTSCHABEL 2002). Um Diffusion zu induzieren bedarf es eines Konzentrationsgradienten,
in dessen Summe es zu einer gerichteten Bewegung der Moleküle entlang des Konzentrationsgefälles
kommt. Dieser Prozess wird durch das erste Fick’sche Gesetz (vgl. Gleichung 1 in Kapitel 5.5.1)
beschrieben (LINVINGSTON & HUTCHINSON 1995).
Die Gasblasenfreisetzung (Ebullition) beschreibt den aktiven Transportprozess von Gasen,
welcher ausschließlich in Richtung Atmosphäre verläuft. Zur Ebullition von Methan kommt es, wenn
sich der anaerobe Bereich des Moores nahe der Oberfläche befindet. Die Gasblasen entstehen, wenn
das Porenwasser übersättigt ist und somit die Summe der Partialdrücke der gelösten Gase größer ist
als der entgegenwirkende hydrostatische- sowie der atmosphärische Druck. So kommt es zur Ausgasung
und damit zur Blasenbildung. Die Blasen wachsen dabei an, bis ihr eigener Auftrieb groß genug
ist, um bis zur Wasseroberfläche anzusteigen und zu zerplatzen. Diese Gasblasen können teilweise
sehr hohe Konzentrationen an Methan (10 bis 90 % des Gesamtvolumens) aufweisen (CHANTON &
WHITING 1995, SCHÜTZ et al. 1991). Während die Ebullition eher in stärker aquatisch geprägten Bereichen
eine bedeutende Rolle einnimmt, so tritt sie bei größerem Abstand zwischen Wasseroberfläche
und Mooroberfläche zu Gunsten der Diffusion zurück.
Der pflanzenvermittelte Methantransport spielt in vegetationsgeprägten Feuchtgebieten eine
bedeutende Rolle. Dieser erfolgt über das Durchlüftungsgewebe (Aerenchyme) von Gefäßpflanzen, in
denen Sauerstoff von der Atmosphäre zu den Wurzeln im anaeroben Bereich transportiert wird. In
der entgegengesetzten Richtung gelangt das im anaeroben Bereich gebildete Methan an die Mooroberfläche.
Die Aerenchyme bilden so einen sehr schnellen Transportweg, welcher die Emissionspfade
Diffusion und Ebullition von Methan überbrücken kann. Zudem wird die Zone der verstärkten
CH4-Oxidation im Grenzraum von anaerober und aerober Zone umgangen, was die Emissionsleistungen
deutlich fördern kann (KUTZBACH 2000, SCHÜTZ et al. 1991). In von Gefäßpflanzen bestimmten
Feuchtgebieten kann es somit auch zu einer Verminderung von Diffusion und Ebullition
kommen (KIM et al. 2007, KUTZBACH 2000).
6

3.2.4 EINFLUSS VON SCHNEE AUF TRANSPORT UND EMISSION VON METHAN
3 Grundlagen
3.2 Methanflüsse in Mooren
Eine geschlossene winterliche Schneedecke verändert die für die Vegetationsperiode typischen
Emissionspfade von Methan in Mooren teilweise deutlich. Der Haupttransportprozess von Gasen
innerhalb des Schnees ist die Diffusion im luftgefüllten Porenraum des Schnees. Die Diffusionspfade
werden somit von der Porosität (ALM et al. 1999, DISE 1992, MELLOH & CRILL 1995, SOMMERFELD
et al. 1993 & 1996) und der Gewundenheit des Porenraumes (Tortuosität) bestimmt (BJÖRKMAN
2007, DU PLESSIS & MASLIYAH 1991, McDowell et al. 2000). Der Prozess der Diffusion beruht, wie
auch in Kapitel 3.2.3 erwähnt, auf der gerichteten Bewegung der Methanmoleküle entlang eines Konzentrationsgradienten
durch den Porenraum des Schnees und basiert auf dem ersten Fick’schen Gesetz
(vgl. Gleichung 1 in Kapitel 5.5.1).
Die Diffusion von Gasen durch Schnee ist zudem abhängig vom jeweiligen gasspezifischen
Diffusionskoeffizienten und der Temperatur der Porenluft im Schnee (ALM et al. 1999 & 2007,
MASSMAN 1998, SOMMERFELD et al. 1996). Die Diffusionspfade durch den Porenraum des Schnees
können teilweise durch vorhandenes Wasser erheblich beeinflusst werden. Die Diffusionsgeschwindigkeiten
von Methan durch (Schmelz-) Wasser (vgl. Kapitel 3.2.3) und Eis sind dabei wesentlich geringer
sind als jene durch den luftgefüllten Porenraum (LINVINGSTON & HUTCHINSON 1995). So
können massive Eisschichten in Folge von Schmelz- und Gefrierprozessen sowie Schmelzwasser die
Diffusionsleistungen durch die Schneedecke erheblich beeinträchtigen (ALM et al. 1999, KIM et al.
2007).
Neben der Diffusion können hochfrquente Druckunterschiede (pressure pumping) einen Gasfluss
im Schnee hervorrufen. Diese bedürfen keiner hohen Amplitude und treten vor allem bei starkem
Wind auf (MASSMAN et al. 1995 & 1997). MASSMAN et al. (1997) untersuchten diesen Effekt auf
Gasflüssen, u. a. auch Methan, in winterlichen Schneedecken. Sie kamen zu der Erkenntnis, dass pressure
pumping auf diffusionsgetriebene Emission durch Schnee einen vernachlässigbar geringen, und
nur bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten auftretenden, Einfluss hat.
Sinken die Temperaturen während des Winters dauerhaft unter den Gefrierpunkt, so kann es
auch unterhalb der sonst isolierenden Schneedecke zu Frosterscheinungen kommen (DINGMAN
1993). Die obersten Bereiche des Moorwassers gefrieren dann und bilden eine weitere diffusionshemmende
Schicht (ALM et al. 1999, MELLOH & CRILL 1995). Teilweise kann es dabei auch zum Einfrieren
von Methanblasen kommen, welche durch Ebulliution entstanden sind.
Auf Grund der heterogenen Verteilung des Niederschlages über die Fläche schwankt die Mächtigkeit
der Schneebedeckung, auch kleinräumig betrachtet, beträchtlich. Vor allem im offenen Gelände
führt Wind zudem durch Verwehung von Schnee zu verschiedenen Akkumulationsraten, vor allem
durch Auffüllen von Depressionen in der Landschaft (KUUSISTO 2005). Dadurch ist der Einfluss der
Schneebedeckung als Diffusionshemmnis sehr heterogen.
7

4 Untersuchungsgebiet
4.1 Geographische Einordnung
4 UNTERSUCHUNGSGEBIET
4.1 GEOGRAPHISCHE EINORDNUNG
Die Datenerhebungen der vorliegenden Arbeit wurden im Forschungsgebiet der Arbeitsgruppe
Ökosystemdynamik der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald im finnischen Moor Salmisuo
(62° 46' N, 30° 58' E) durchgeführt.
Das Moor ist lokalisiert in Ostfinnland, ca. 2,5 km nordwestlich der Forschungsstation Mekrijärvi
der Universität Joensuu (Abb. 2). Die dieser Arbeit zu Grunde liegenden Untersuchungsstandorte
befinden sich im nordwestlichen Teil des zentralen Moorbereiches von Salmisuo. Administrativ ist
diese Region der Gemeinde Joensuu in Nord-Karelien zuzuschreiben. Mit 21.584 km² Fläche, davon
allein 3.803 km² Wasserflächen, stellt Nord-Karelien die östlichste Region Finnlands dar. Die von
Mooren eingenommene Fläche beträgt dabei 2.619 km², wovon 25 bis 30 % nicht unter anthropogener
Nutzung stehen (VASANDER 1996).
8
Abb. 2: Lage des Untersuchungsgebietes Salmisuo; 1: Übersichtskarte Finnland (Kartengrundlage: WI-
KIPEDIA 2007, ergänzt durch Autor); 2: Regionale Lageeinordnung (Kartengrundlage: GOOGLE
MAPS 2007, ergänzt durch Autor); 3: Moor Salmisuo und Forschungsstation Mekrijärvi (DIGI-
TAL GLOBE 2005, ergänzt durch Autor).

4.2 GEOLOGISCHE EINORDNUNG
4 Untersuchungsgebiet
4.2 Geologische Einordnung
Finnland befindet sich auf dem baltischen Schild und gehört damit zu den ältesten geologischen
Einheiten Europas. Aus dem Urkontinent Fennosarmatia hervorgegangen, befindet sich Nord-
Karelien auf dessen ältestem Bereich, dem archaischen Kern, dessen Bildung mit der Prä-
Svekokareliden-Orogenese (2,6 bis 2,8 Mrd. Jahre) abgeschlossen wurde (SCHÖNENBERG & NEUGE-
BAUER 1997). Der kristaline Untergrund Nord-Kareliens besteht daher aus granitoiden Gesteinen,
vornehmlich Graniten, Granodioriten und Syeniten. Diese Gesteine bilden auch den Untergrund des
Moores Salmisuo. Weiterhin kommen in Nord-Karelien noch Grünsteinzüge und Tonalite vor
(KORSMAN et al. 1997).
Bis auf 3 % des finnischen Territoriums ist das kristalline Grundgebirge von quartären Sedimenten
überdeckt (HUSA & KONTULA 2006). Im Quartär kam es in Nord-Karelien zur Bildung zahlreicher,
noch heute deutlich ersichtlicher, glazialer und glaziofluvialer Bildungen wie Endmoränen,
Grundmoränen, Drumlins und Oser. In Folge des Abschmelzens des Inlandeises entwickelten sich
seit dem Ende der letzten Eiszeit in Depressionen zahlreiche Moore (SCHÖNENBERG & NEUGEBAU-
ER 1997, KUJANSUU & NIEMELÄ 1984) .
4.3 KLIMATISCHE EINORDNUNG UND KLIMATISCHE BEDINGUNGEN WÄHREND
DES UNTERSUCHUNGSZEITRAUMES
Nord-Karelien wird nach der Klimaklassifikation des Köppen-Geiger-Pohl Systems als Klimatyp
Dfc definiert (VASANDER 1996). Diese Region gehört somit zu den ganzjährig humiden Schneeklimaten
mit maximal 4 Monaten mit mehr als 10 °C monatlicher Durchschnittstemperatur. Zudem
steht das Untersuchungsgebiet unter subkontinentalem Klimaeinfluss (MALBERG 1997). Der ozeanische
Einfluss auf die durchschnittliche Monatsmitteltemperatur beträgt zwischen < 0,5 und 1 °C
(KUUSISTO 2005). Salmisuo befindet sich ca. 13 km nördlich der Stadt Ilomantsi. Die langjährigen
aufgezeichneten Mittel von Temperatur und Niederschlag der dort befindlichen Klimastation (Abb. 3)
wurden für das Untersuchungsgebiet verwendet. Deutlich zu erkennen ist ein Regenmaximum in den
Sommermonaten, in denen drei Monate eine Durchschnittstemperatur über 10 °C aufweisen.
Nach SCHULTZ (2000) befindet sich das Gebiet in der borealen Klimazone, wobei es im Sommer
unter atlantischen Einflüssen mit milden und feuchten Luftmassen aus west- bis südwestlicher
Richtung steht. Im Winter wird das Gebiet auf Grund sibirischen Hochdruckeinflusses dagegen von
arktischer Kaltluft geprägt. Schnee ist daher die vorherrschende Niederschlagsform in den langen und
kalten Wintern (SOLANTIE 2006). Durchschnittlich 150 bis 170 Tage (KUUSISTO 2005, TIKKANEN
2006) bedeckt eine geschlossene Schneedecke Nord-Karelien. Die mittlere maximale Schneehöhe
liegt für diese Region zwischen 60 und 80 cm.
Während des Untersuchungszeitraumes (April 2006) herrschten Bedingungen, die zu einem stetigen
Abschmelzen des Schnees führten. Der Zeitpunkt und die Intensität der Schneeschmelze befinden
sich dabei im Rahmen von Beobachtungen der letzten zehn Jahre der Forschungsstation Mekrijärvi
(Abb. 4). Die Messungen der Schneehöhe wurden 2,5 km südöstlich der Untersuchungsstandor-
9

4 Untersuchungsgebiet
4.3 Klimatische Einordnung und klimatische Bedingungen während des Untersuchungszeitraumes
te in Salmisuo durchgeführt. Im Monat April 2006 betrug die durchschnittliche Monatstemperatur in
Mekrijärvi 2,0 °C, während von der Klimastation in Salmisuo über diesen Zeitraum ein Mittel von
1,83 °C aufgezeichnet wurde. Diese Werte sind ca. 1 K höher als das in Ilomantsi aufgezeichnete
langjährige Mittel von 1971 bis 2000 (vgl. Abb. 3). Niederschlagsdaten liegen für diesen Zeitraum nur
von der Forschungsstation Mekrijärvi vor. Mit 33 mm war hier eine Differenz von -2 mm zum langjährigen
Mittel in Ilomantsi gegeben.
10
Niederschlag (mm)
100
80
60
40
20
0
669 mm Ilomantsi (1971-2000) 2,1 °C
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Monat
Abb. 3: Langjähriges monatliches Mittel von Temperatur und Niederschlag der Messstation Ilomantsi
(62° 46’ N, 30° 56’ E); rote Linie: Temperatur; blaue Fläche: Niederschlag; Temperatur und
Niederschlagsdaten wurden DREBS et al. (2002) entnommen.
Die im Frühjahr 2006 im Rahmen der vorliegenden Arbeit in Salmisuo aufgenommenen
Schneehöhendaten sind mit jenen von Mekrijärvi vergleichbar. Bei vorangegangenen Untersuchungen,
deren Daten ALM et al. (1999) zu Grunde liegen, wurden ebenfalls vergleichbare Schneeverhältnisse
zwischen Mekrijärvi und Salmisuo festgestellt (mündl. Mittelung SAARNIO, Universität Jouensuu
2006).
Die finale Schneeschmelze der Winterperiode 2005/2006 setzte nach Neuschneefall (6. April)
am 8. April ein. In Abb. 4 ist der heterogene Abschmelzvorgang deutlich ersichtlich. Nach starkem
Abschmelzen des Schnees, verbunden mit geringer Wolkenbedeckung und damit erhöhter Sonneneinstrahlung,
trat ab dem 10. April eine Phase geringen bis stagnierenden Abschmelzens des Schnees
ein. Ab dem 18. April beschleunigte sich die Schneeschmelze erneut und wurde bis zum völligen Abschmelzen
zum 30. April / 1. Mai nur noch kurz von geringeren Stagnationsphasen abgelöst.
Im Gegensatz zu den Schneehöhenmessungen in Mekrijärvi, wo das Schmelzwasser in einem
Sandbett versickern konnte, akkumulierte sich selbiges an der Basis des Schnees in Salmisuo. Dies
führte in Mekrijärvi zu einem, im, Vergleich zu Salmisuo, langsameren Schmelzvorgang zum Ende der
Schneeschmelze.
50
40
30
20
10
0
-10
Temperatur (°C)

Sneehöhe (cm)
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1996-1997
1997-1998
1998-1999
1999-2000
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
4 Untersuchungsgebiet
4.4 Vegetationseinordnung
01.10
15.10
29.10
12.11
26.11
10.12
24.12
07.01
21.01
04.02
18.02
04.03
18.03
01.04
15.04
29.04
13.05
27.05
Datum
Abb. 4: Jährlicher Verlauf der Schneemächtigkeiten der Winter 1996/97 bis 2005/06 in Mekrijärvi; die
Schneehöhenmessung erfolgte immer um 8:00 Uhr vormittags; senkrechte graue Linie: Beginn
der Datenaufnahme der vorliegenden Arbeit; Datengrundlage: FMI (2006).
4.4 VEGETATIONSEINORDNUNG
Nord-Karelien zählt nach der Klassifikation der potentiellen natürlichen Vegetation von Eyre
zum Waldbiom Fbo und somit zur Verbreitung der borealen, meist immergrünen Wälder (STRAHLER
& STRAHLER 1999). Typische Vertreter sind dabei Pinus sylvestris, Picea abies und Betula pendula (LIND-
HOLM & HEIKKILÄ 2006). Die Region um Ilomantsi zählt nach der Moorkomplex-Klassifikation noch
zur Zone der exzentrischen Moore des südlichen Boreals in der hydrologischen Zone des finnischen
Seenlandes (LINDHOLM & HEIKKILÄ 2006). Die Entwicklung der Moore setzte mit Beginn des Holozäns
durch Verlanden flacher Seen oder Überschwemmen flacher terrestrischer Bereiche ein (VASAN-
DER 1996).
4.5 DAS MOOR SALMISUO
Der ca. 140 ha große Moorkomplex Salmisuo (vgl. Abb. 2-3) wird im Südwesten vom See
Mekrijärven und im Westen von einem mit Fichtenforst bestandenen Os begrenzt (TOLONEN 1967).
Vom Os aus teilen streifenförmige Abflussbahnen von Niederschlagswasser das Moor in fünf Bereiche.
In diesen, in Abb. 2-3 deutlich sichtbaren Bahnen, haben sich Niedermoorstreifen entwickelt
(SCHULZ 2007, TOLONEN 1967). Ein Straßendamm begrenzt Salmisuo linienförmig im Nordwesten.
Hier befindet sich auch ein Drainagegraben, welcher zur Wegsicherung angelegt wurde und den größten
Teil des Moorbereiches entwässert. Dieser Teil ist das Forschungsgebiet der Arbeitsgruppe Ökosystemdynamik
der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald und damit auch Inhalt dieser Arbeit
11

4 Untersuchungsgebiet
4.5 Das Moor Salmisuo
als Untersuchungsbereich. Trotz dieses anthropogenen Eingriffes kann Salmisuo als ein typisches,
naturnahes Moor dieser Region angesehen werden (ALM et al. 1999, SAARNIO et al. 1997, SCHULZ
2007).
Der finnischen Moorklassifizierung folgend, wird Salmisuo als pristine minerogenic, oligotrophic
low-sedge Sphagnum papillosum pine fen (ALM et al. 1997, SAARNIO et al. 1997) bzw. als
kurzhalmiges Sphagnum papillosum Weissmoor-Reisermoor (EUROLA et al. 1984) bezeichnet. Der
durchschnittliche Torfzuwachs kann Untersuchungen von MÄKILÄ (2006) zu Folge in der Region um
Ilomantsi mit 0,3 bis 0,4 mm pro Jahr angegeben werden.
Die Vegetation von Salmisuo lässt sich in drei verschiedene Mikrostandorte unterteilen: Hummock,
Lawn, und Flark. Definiert werden diese aus der Beziehung zum Mikrorelief und ihrem Abstand
zwischen Vegetationsoberfläche und dem durchschnittlichen Moorwasserspiegel. Bei Hummocks
befindet sich der durchschnittliche Moorwasserspiegel mehr als 20 cm unter der Mooroberfläche,
bei Lawns liegt er zwischen 5 bis 20 cm und bei Flarks unter 5 cm (vgl. Abb. 5). Durch den Abstand
zum Moorwasserspiegel bestehen zwischen den einzelnen Mikrostandorten Feuchtigkeitsunterschiede
innerhalb der Vegetation. Flarks befinden sich im nassen Bereich, Lawns stellen den Feuchte-
Übergangsbereich zu den trockenen Hummocks dar (EUROLA et al. 1984).
12
Abb. 5: Mikrostandorte Hummock (Hu), Lawn (Lw) und Flark (Fl) mit jeweiligen Abstandsangaben
zum Moorwasserspiegel (MW) nach EUROLA et al. (1984).
Im Moor Salmisuo kommen, neben den bereits genannten Hummocks, noch vereinzelt niedrigere
Hummock-Formen vor, deren Abstand von der Vegetationsoberfläche zum durchschnittlichen
Moorwasserspiegel kleiner als 20 cm ist. Diese Mikrostandorte bewegen sich im Feuchte-
Übergansbereich zwischen nassen Flarks sowie trockenen Hummocks, werden jedoch aufgrund ihrer
Vegetationszusammensetzung trotzdem als Hummock klassifiziert (EUROLA et al. 1984).
Hummocks werden in Salmisuo von Moosen wie Sphagnum fuscum, Sphagnum angustifolium und
Zwergsträuchern (Chamaedaphne calyculata und Rubus chamaemorus) bestimmt. Kleinwüchsige Kiefern
finden sich häufig auf den höchsten Punkten der Hummocks. Lawns werden durch Moose wie
Sphagnum balticum und Sphagnum papillosum und eine mehr oder weniger spärliche Bedeckung mit
scheidigem Wollgras (Eriophorum vaginatum) charakterisiert. Flarks werden als die artenärmsten Mikrostandorte
teilweise ausschließlich von Sphagnum balticum und Scheuchzeria palustris aufgebaut (SCHULZ
2007). Beispiele für die einzelnen Mikrostandorte sind in Abb. 6 wiedergegeben.

4 Untersuchungsgebiet
4.5 Das Moor Salmisuo
Abb. 6: Mikrostandorte mit Rahmen für Haubenmessungen; Hu: Hummock, Lw: Lawn, Fl: Flark; zwischen
der Vegetation des Flarks sind kleinere Bereiche offen anstehenden Moorwassers zu erkennen.
Durch die Klassifikation von hochauflösenden Luftbildern konnten für den Einzugsbereich der
Eddy-Kovarianz-Messstation (Footprint) die Flächenanteile der einzelnen Mikrostandorte berechnet
werden. Hummocks bedecken 55 %, Lawns 44 % und Flarks 1 % des Einzugsbereiches (pers. Mitteilung
von T. BECKER, Universität Greifswald 2007). Die genaue Lokalisation der Messstandorte ist in
Kapitel 5.1.1 wiedergegeben.
13

5 Methoden
5.1 Schnee- und Eiseigenschaften
5 METHODEN
5.1 SCHNEE- UND EISEIGENSCHAFTEN
5.1.1 MESSSTRATEGIE UND – ANORDNUNG
Während der Feldkampagne über die Schneeschmelzperiode des Frühjahrs 2006 wurde die flächenhafte
wie auch die zeitliche Variabilität der Schnee- und Eiseigenschaften im Moor Salmisuo aufgenommen.
Die Untersuchungen beinhalteten:
14
• die Erfassung der Variabilität von Schneehöhe, Schneedichte und unterliegender Eisschichten
entlang zweier Transekte zu Beginn der Schneeschmelze,
• die punktuelle Erfassung der zeitlichen Veränderungen der Schneeeigenschaften an den
Messpunkten der Methanemissionsmessungen,
• sowie die Beobachtung und Beschreibung der flächenhaft sehr heterogenen Schneeschmelze
mit Hilfe von photographisch dokumentierten Zeitschnitten.
Die Aufnahme der zwei Schneetransekte wurde zu Beginn der Felduntersuchungen Anfang April
durchgeführt. Um die Standortgruppen A, B, C der Emissionsmessungen während der Schneeschmelzperiode
(vgl. Abb. 7; Kapitel 5.3.1, Abb. 10) wurde ein 206 m langer u-förmiger, Transekt (a)
angelegt, welcher diese Standortgruppen von drei Seiten her einschloss. Ein weiterer 450 m langer
Transekt (b) wurde zum flächenhaften Vergleich im Einzugsbereich (Footprint) der in Salmisuo betriebenen
Eddy-Kovarianz-Messstation beprobt (Abb. 7). Die Schneehöhe wurde im Abstand von
einem Meter und die Schneedichte im Abstand von zehn Metern bestimmt. Weiterhin wurde an allen
Messpunkten der Schneedichte eine kurze Ansprache des freigelegten Schneeprofils durchgeführt.
Die Regelmäßigkeit der Messpunkte wurde durch ein 50 m langes Maßband gewährleistet. Eine Bestimmung
des unterliegenden Vegetationstypus wurde, soweit möglich, zusammen mit den Schneedichtemessungen
durchgeführt. Der Übergangsbereich von Vegetation zum Schnee war an diesen
Punkten durch einen anderen Druckwiderstand bei der Schneehöhenbestimmung erkennbar. Bei geschlossener
Schneedecke waren nur Hummocks von Lawn- oder Flarkvegetation zu unterscheiden.
Flarks konnten zumeist anhand einer massiven Eisschicht über der Vegetation identifiziert werden.
Durch Begehungen des Transektverlaufes a nach der Schneeschmelze konnte zu Beginn der Vegetationsperiode
eine genauere Bestimmung der Vegetation erfolgen. Eine direkte Begehung des Transektes
b nach der Schneeschmelze war nicht möglich, da dieser Bereich des Moores eine ungestörte Vegetationsphase
durchlaufen sollte.
Die Aufnahmen des zeitlichen Verlaufs der Schneehöhen, Schneedichtebestimmungen, Temperaturgradienten
in der Schneedecke und die Ansprache von Schneeprofilen erfolgten in unmittelbarer
Nähe der Messungen der Methankonzentrationsgradienten an den Standortgruppen A, B, C. Dadurch
war am jeweiligen Messtag ein Vergleich hinsichtlich Schneetiefe sowie, wenn vorhanden, der Position
eisartiger Linsen möglich, da bei allen Messungen die Schneehöhe aufgenommen wurde (vgl. Kapitel

5 Methoden
5.1 Schnee- und Eiseigenschaften
6.2.4, Abb. 20-1 & Abb. 20-2). Wurde etwa bei der Bestimmung der Schneedichte der gesamten
Schneelage eine gravierende Abweichung der Schneehöhe von mehr als 10 cm zu den angesprochenen
Konzentrationsgradientenmessungen festgestellt, so wurde diese Aufnahme an anderer Stelle
wiederholt. Grundsätzlich ist zu bemerken, dass für einige dieser Messungen generell keine wiederholten
Aufnahmen an ein und demselben Ort durchgeführt werden konnten, da bei Schneedichtemessungen
und der Aufnahme von Schneeprofilen die Schneedecke unwiederbringlich zerstört wurde.
Somit mussten für zeitlich aufeinander folgende Messungen dieser Art jeweils neue vergleichbare
Messstandorte in unmittelbarer Nähe gesucht werden.
Abb. 7: Position der Schneetransekte im April 2006 in Salmisuo. Rot: Positionen der Schneetransekte (a)
und (b); A-C: Untersuchungsbereiche der Gasflussmessungen durch die Schneedecke; schwarzer
Kreis: Einzugsbereich der Eddy-Kovarianz-Messstation (Footprint); schwarze Linie: Bretterweg
(Boardwalk; DIGITAL GLOBE 2005, ergänzt durch Autor).
5.1.2 MAßNAHMEN ZUR MINIMIERUNG VON STÖRUNGEN DER SCHNEEDECKE
Um bei den Feldaufnahmen während der Schneeperiode die Beeinträchtigung der Schneedecke
so gering wie möglich zu halten, wurden einmal angelegte Laufpfade immer wieder benutzt. Bei allen
Untersuchungen wurden Schneeschuhe oder Skier getragen. Zwischenzeitlich kam es zu Tau- und
Gefrierwechseln der Schneeoberfläche, wobei sich derart verhärtete Schneeoberflächen (Verharschung)
bilden konnten, dass durch Begehen mit Schneeschuhen größere Flächen (bis 2 m² mit einem
Schritt) eingedrückt wurden. Dies führte zwangsläufig zu Beeinträchtigungen der Schneeeigenschaften
durch Kompressionen im Untersuchungsradius. Um dies zu verhindern, wurde die verhärtete
Schneeoberfläche vor dem Betreten linienhaft, entlang der geplanten Laufrichtung, eingeritzt. So
konnte sichergestellt werden, dass Untersuchungspunkte nicht unnötig beeinflusst wurden, da die
Schneeoberfläche nur bis zu dieser Linie einbrechen konnte. Alle Untersuchungsplots wurden ausschließlich
von nördlicher Richtung her angelaufen, um Abschattungseffekte zu minimieren.
15

5 Methoden
5.1 Schnee- und Eiseigenschaften
5.1.3 SCHNEEHÖHE
Für die Bestimmung der Schneehöhe kamen unterschiedliche, dem jeweiligen Aufnahmezweck
angepasste Methoden zum Einsatz. Zwei Schneehöhentransekte (a & b, vgl. Abb. 7) wurden zu Beginn
der Feldkampagne mittels eines Plastikstabes (Durchmesser 3 cm) mit aufgetragener Zentimeterskala
aufgenommen (Abb. 8). Gemessen wurde dabei senkrecht zur Schneeoberfläche bis zur Moorvegetation
bzw. Eisschicht an der Basis der Schneedecke. Testmessungen dieser Methode in Verbindung
mit anschließendem Aufgraben des Messpunktes ergaben eine Genauigkeit von ± 2 cm über
Moorvegetation und ± 1 cm über Eis.
16
Abb. 8: Schneehöhenmessung in Salmisuo beim Ablaufen des Transektes b (vgl. Abb. 7).
Für Bestimmungen der Schneedichte (siehe Kapitel 5.1.4) kam ein unten angespitztes Plastikrohr
(Innendurchmesser 10,3 cm, Länge 70 cm) zum Einsatz (ALM et al. 1999 & 2007), welches senkrecht
zur Schneeoberfläche in den Schnee geschoben wurde. Auf der Außenseite war ebenfalls eine
Zentimeterskala aufgetragen. Die Messgenauigkeit der Schneemächtigkeit bewegte sich in einem vergleichbaren
Bereich wie die Schneehöhenbestimmung mit dem o. g. Plastikstab. Größere Ungenauigkeiten
traten bei stärker geneigtem Untergrund (bspw. in Randbereichen von Hummocks) auf. Diese
Messungen wurden verworfen. In der unmittelbaren Umgebung wurden die Beprobungen solange
wiederholt, bis eine hinreichend genaue Messung auf ebener Mooroberfläche möglich war.
Um Methankonzentrationen in verschiedenen Tiefen der Schneedecke bestimmen zu können,
wurde ein Edelstahlrohr mit einem Außendurchmesser von drei Millimetern, ebenfalls mit einer Zentimeterskala
versehen, verwendet (ALM et al. 1999 & 2007). Bei Messungen der Bodenkonzentration
von CH4 wurde damit die Gesamthöhe der Schneedecke aufgenommen, sofern sich kein Schmelzwasser
im liegenden Bereich der Schneedecke befand (vgl. Abb. 13-B).

5.1.4 SCHNEEDICHTE
5 Methoden
5.1 Schnee- und Eiseigenschaften
Die Schneedichte wurde während der Felduntersuchungen an jedem Untersuchungstag für die
gesamte Schneehöhe an unterschiedlichen Standorten bestimmt. Weiterhin wurden für Emissionsberechnungen
über die Methankonzentrationsgradientenmessungen verschiedene Schneelagen innerhalb
der Schneedecke einzeln auf ihre spezifische Schneedichte hin untersucht.
Das Plastikrohr (Kapitel 5.1.3) diente zur Entnahme von Schneevolumen der gesamten
Schneedecke und wurde senkrecht zur Schneeoberfläche in den Schnee eingebracht, bis es die Mooroberfläche
erreichte. Die ungestörte Schneehöhe konnte an der Außenseite des Rohres abgelesen
werden. Am unteren Ende wurde das Rohr verschlossen. Nun konnte die Schneeprobe in einen Plastiksack
überführt werden, um das Eigengewicht des Schnees mittels Federwaage (Firma Pesola, Skalierung:
10 g, Präzision ± 3%) zu bestimmen. Dabei wurde das Eigengewicht des Plastikbeutels abgezogen
(Abb. 9). War das Schneevolumen schwerer als der maximale Messbereich der Waage, so wurde
das Schneevolumen geteilt und getrennt gewogen.
Die Bestimmung der Schneedichte einzelner Schneelagen erfolgte an aufgegrabenen Schneeprofilen.
Für die Probennahme dienten Eisenstechzylinder mit einem Volumen von 99 cm³. Nachdem
der Stechzylinder seitlich in die Schneelage eingeführt wurde, konnte er vorsichtig freigelegt werden.
Herausragender Schnee wurde mit einem Messer vorsichtig abgekratzt, um die Probe anschließend in
einen zuvor ausgewogenen, wasserdicht verschließbaren Probenbeutel zu überführen. Die Schneeprobe
wurde noch am selben Tag in einem Forschungscontainer am Rand des Moores Salmisuo mit
einer elektronischen Waage (Präzision: ± 0,1 g) unter Abzug des Probenbeutelgewichtes ausgewogen.
Abb. 9: Schneedichtemessungen in Salmisuo; a: Probennahme mittels Rohr (Innendurchmesser:
10,3 cm, Höhe: 70 cm); b: Auswiegen der Schneeprobe mit Federwage.
5.1.5 SCHNEETEMPERATURPROFILE
Für die Bestimmung der Methankonzentration im Porenraum der Schneedecke war es notwendig
die jeweilige Lufttemperatur zu ermitteln. Hierzu wurde ein elektronisches Bodenthermometer
verwendet (Firma Tematec, Typ P 400). Die maximale Messtiefe betrug 58 cm. War der Schnee mächtiger,
wurde der Temperaturfühler des Thermometers weiter im Schnee versenkt, wobei kleinere Be-
17

5 Methoden
5.1 Schnee- und Eiseigenschaften
reiche der Schneeoberfläche mit der Hand eingedrückt wurden. Da das Thermometer eine gewisse
Trägheit in der Messung besitzt, wurde die Temperatur erst nach ca. 30 s ohne Temperaturänderung
abgelesen.
5.1.6 SCHNEE- UND EISLAGEN SOWIE KRISTALLFORMEN DES SCHNEES
Bei der Aufnahme der Schneemächtigkeiten entlang der Transekte wurden die beim Einstechen
feststellbaren eisartigen Linsen innerhalb der Schneedecke aufgenommen. Der Widerstand gegen das
Durchstechen mit der Edelstahlröhre ist bei diesen Bildungen besonders hoch. Die Mächtigkeit der
Eisschicht, die z. T. unter dem Schnee, ansonsten im oberen Bereich der Moorvegetation flächenhaft
vorhanden war, wurde an den Stellen der Schneedichte-Messungen aufgenommen. Hierzu wurde ein
Loch durch das Eis geschlagen und mittels Zentimetermaßband die Eisdicke bestimmt.
Im Zuge der Schneeprofilaufnahmen wurden einzelne Schneelagen der Schneedecke beschrieben.
Für jede Schneelage wurden die Form und Größe der vorhandenen Eiskristalle erfasst. Anhand
der Beschreibungen wurden die Kristalle später klassifiziert (COLBECK et al. 1990, LACHAPELLE
1992). Weiterhin wurden die Porengröße und Beschaffenheit des Porenraumes sowie die Lagerungsdichte
jeder Schneeschicht beschreibend aufgenommen. Dabei wurde die Lagerungsdichte mittels
Druckproben mit dem Zeigefinger (bei weniger festen Lagen) oder Messer (bei festen, „eisähnlichen“
Lagen) untersucht.
5.1.7 FOTODOKUMENTATION DER ZEITLICH-RÄUMLICHEN VARIABILITÄT DER SCHNEE-
SCHMELZE
Zwei photographische Verfahren wurden für die Dokumentation der räumlichen- wie auch
zeitlichen Veränderungen der Schneebedeckung und so erfassbaren Auswirkungen der Schneeschmelze
verwendet. Vor Ort wurden mit einer Digitalkamera (Firma Sony, Typ DCS-W17) Bilderserien
in Form von 360° Rundblicken aufgenommen. Die Aufnahmehöhe betrug ca. 1,50 m über der
Schnee- später Mooroberfläche. Dabei wurde versucht, Belichtungs- und Blendeneinstellungen möglichst
konstant über eine Aufnahmeserie zu halten. Die Bilder wurden zusammengefügt, um dadurch
ein mind. 180° umfassendes Abbild der Verhältnisse in Salmisuo zum Aufnahmezeitpunkt wiederzugeben.
Um Verzerrungen der Bildränder zu minimieren und möglichst passgenaue Bilder zu generieren,
wurde die maximale Brennweite (114 mm im Vgl. zu 35 mm Kleinbildfilm) der Kamera verwendet.
Um die Verhältnisse möglichst realistisch wiederzugeben wurde auf die Nachbearbeitung vor
und nach dem Zusammenfügen verzichtet.
Weiterhin wurden Luftbilder aus einer Aufnahmehöhe von ca. 100 m erstellt. Es handelte sich
dabei um Schrägbildaufnahmen mit einem Kamerawinkel von ca. 40° zur Erdoberfläche. Die Bilder
wurden mit einer Digitalkamera (Canon, PowerShot 600) aufgenommen, welche von einem mit Helium
(Füllvolumen 2 m³) gefüllten Zeppelin (Firma Blimp, Typ 200) getragen wurde. Da diese Technik
erst im Verlauf der Schneeschmelze zur Verfügung stand, konnte erst ab dem 22. April mit der Aufnahme
von Luftbildern begonnen werden.
18

5.2 KLIMADATEN
5 Methoden
5.2 Klimadaten
Die Erfassung von Luftdruck und Lufttemperatur (2,0 m Höhe) sowie der Windgeschwindigkeit
erfolgte im Untersuchungszeitraum durch eine automatische Klimastation (Firma Thies Clima),
die im Sommer 2005 im Moor Salmisuo installiert wurde. Die verwendeten Daten der Klimastation
waren halbstündige Mittelwerte. Die Druckmessungen erfolgten mit einem Barogeber (Firma Thies
Clima, Typ PTB 100 A). Die Lufttemperatur wurde mit einem Hygro-Thermogeber (Firma Thies
Clima, Typ compact) gemessen. Die Windgeschwindigkeit wurde mit einem kombinierten Windgeber
(Firma Thies Clima, Typ Standard) aufgezeichnet.
5.3 FELDMESSUNGEN DER METHANKONZENTRATIONEN UND -EMISSIONEN
5.3.1 MESSSTRATEGIE UND -ANORDNUNG
Während der Untersuchungsperiode der Schneeschmelze lag das Hauptaugenmerk auf der Erfassung
von Methanemissionen mittels der Methode der Konzentrationsgradientenmessung. Diese
Methode wurde auf Grund ihrer hohen Empfindlichkeit ausgewählt (ALM et al. 1999, PANIKOV &
DEDYSH 2000), da relativ geringe Methanemissionen durch die abschmelzende Schneedecke zu erwarten
waren. Weiterhin erlaubt diese Methode eine Charakterisierung der Dynamik der diffusiven
Eigenschaften der Schneedecke während der Schneeschmelze. Zusätzlich wurden zum Vergleich an
einzelnen Messtagen Haubenmessungen (Closed-Chamber-Methode) durchgeführt (Kapitel 5.3.3).
Diese Methode wurde ebenfalls von der Arbeitsgruppe Ökosystemdynamik der Universität Greifswald
im Moor Salmisuo eingesetzt, um die Methanemissionen während der sich an die Schneeschmelze
anschließenden Vegetationsperiode zu erfassen.
Insgesamt wurden neun Messstandorte für die Konzentrationsgradientenmethode auf für Salmisuo
charakteristischen Vegetationsflächen (Hummocks, Lawns, Flarks) eingerichtet. Je drei wurden
zu einem Untersuchungsbereich (Abb. 7; A-C) zusammengefasst (Kapitel 5.1.1). Die Messstandorte
gliedern sich nach Untersuchungsbereichen und Vegetationstypen wie in Tab. 1 dargestellt. Die drei
Rahmen für die Haubenmessungen (HA, HB & HF) wurden in unmittelbarer Nähe (Abstand zwischen
1,5 und 2,5 m) der Messpunkte A1 (HA), B1 (HB) und C1 (HF) installiert. Dabei befanden sich
HA und HB auf Lawn-Standorten, HF dagegen auf einem Flark. Die genaue Anordnung der Messstandorte
geht aus Abb. 10 hervor. HA und HB wurden mit Dunkelhauben untersucht, HC hingegen
mit einer Hellhaube (vgl. Kapitel 5.3.3). Die Messstandorte des Gebietes C wurden im September
2005 zum Ende der Vegetationsperiode gekennzeichnet, so dass sie unter Schneebedeckung wieder zu
finden waren (mündl. Mitteilung I. FORBRICH, Universität Greifswald, 2005). Die Untersuchungsgebiete
A und B wurden im Dezember 2005 vom Autor ausgewählt. Da zu diesem Zeitpunkt eine ca. 30
cm mächtige Schneeschicht das Moor Salmisuo bedeckte, konnten dabei keine Flarks mit Sicherheit
identifiziert werden. Um eine Beeinflussung des Schnees zu vermeiden, wurde die Schneedecke nicht
entfernt.
19

5 Methoden
5.3 Feldmessungen der Methankonzentrationen und -emissionen
20
Tab. 1: Messstandorte in den Untersuchungsbereichen gegliedert nach Vegetationstypen.
Untersuchungsbereich Hummock Lawn Flark
A A3 A2, A1, HA
B B3 B2, B1, HB
C C3 C2 C1, HF
Abb. 10: Lage der einzelnen Messpunkte der Konzentrationsgradientenmessung im Schnee: A-C: Untersuchungsbereiche;
Nummern kennzeichnen einzelne Messstandorte, Farben ebenso in Tab. 1;
braun: Hummocks; grün: Lawns; blau: Flark. Das Luftbild wurde von T. BECKER (Universität
Greifswald) am 24.04.2006 aufgenommen.
Die Konzentrationsgradientenmessungen erfolgten am 07., 10., 13., 15., 17. 19. und 21. April
2006. Die Haubenmessungen erfolgten am Flark-Standort HF am 10., 13., 15., 17., 19., 21. und 24.
April 2006, am Lawn-Standort HB am 15., 17. 19. und 21. April 2006 und am Lawnstandort HA nur
am 17., 19. und 21. April 2006. Für jeden der Untersuchungsbereiche A, B und C wurde zu jedem
Messtag eine repräsentative Schneeansprache in Verbindung mit Schneedichteanalysen erstellt (vgl.
Kapitel 5.1.4 & 5.1.6).
5.3.2 PRINZIP DER KONZENTRATIONSGRADIENTENMESSUNG IM SCHNEE
Punktuelle Gasemissionsmessungen durch Schnee mittels der Konzentrationsgradientenmethode
wurden erstmals von SOMMERFELD et al. (1993) vorgestellt und daraufhin, teilweise mit kleinen
Abänderungen, auch von anderen Forschen angewendet (u. a.. BJÖRKMAN 2007, BROOKS 1997, JO-
NES et al. 1999, KIM et al. 2007, MAST et al. 1998, MELLOH & CRILL 1996, PANIKOV & DEDYSH 2000,
SAARNIO et al. 2000, VAN BOCHOVE et al. 2000).

5 Methoden
5.3 Feldmessungen der Methankonzentrationen und -emissionen
Besonders wichtig für den in dieser Arbeit verwendeten Untersuchungsaufbau (Abb. 11) sind
die Methoden von ALM et al. (1999) und SAARNIO et al. (2000), von denen der technische Untersuchungsaufbau
nach freundlicher Mitteilung von IHANUS (Forschungsstation Mekrijärvi 2005 & 2006)
abgeleitet wurde sowie MCDOWELL et al. (2000) und SOMMERFELD et al. (1993 &1996), nach deren
Berechnungsvorgaben die Methanflüsse berechnet wurden. In Abb. 12 und Abb. 13 wird die Funktionsweise
der Gradientenmessung der Methankonzentration in der Schneedecke schematisch dargestellt.
Der komplette Untersuchungsaufbau besteht aus einem 65 cm langen Edelstahlrohr mit einem
Außendurchmesser von 3 mm, an dessen oberen Ende ein Dreiwegeventil angebracht ist. Am anderen
Ende ist das Rohr verschlossen. Hier befinden sich drei kleine Einschnitte (ca. 1 mm breit, bis zur
Mitte des Rohrdurchmessers), durch die Luft in das Rohr gesaugt werden kann (Abb. 12-A). Somit ist
das Rohr von oben vollständig verschließbar, so dass während der Probennahme in der geschlossenen
Ventilstellung ein Luftaustausch zwischen der Atmosphäre oberhalb des Schnees und dem Innenraum
des Rohres ausgeschlossen ist.
Abb. 11: Probennahme in 10 cm Schneetiefe in Salmisuo im Rahmen der Konzentrationsgradientenmethode
am Untersuchungsstandort B1.
Eine auf der Außenseite des Rohres aufgetragene Skala in 10-cm-Abständen dient der Einhaltung
der festgelegten Entnahmetiefen der Gasproben. Um Probenluft aus dem Probennahmerohr zu
erhalten, wird eine Spritze an das Ventil angeschlossen. Für die Probennahmen wurden Plastikspritzen
(max. Vol. 60 ml) mit doppelter Silikondichtung des Kolbens und Dreiwegeventil (vergleichbar
jenem des Edelstahlrohres) verwendet (Abb. 12). Das Probenvolumen betrug 20-30 ml. Somit sollte
gewährleistet werden, dass die Methankonzentrationsproben aus einem eng begrenzten Schneevolumen
rund um die Ansaugstelle entnommen wurden. Binnen 24 Stunden fand die Gasanalyse mittels
Methoden der Gaschromatographie (Kapitel 5.4) statt. Dabei entsprachen die ermittelten Methankonzentrationen
den tatsächlichen Methankonzentrationen der Porenluft der entsprechenden Probenentnahmeposition.
Nach einer erfolgreichen Probennahme verblieb noch Probenluft im Edelstahlrohr. Um diese
„alte“ Probenluft nicht mit in die folgende Probe zu verschleppen, wurde diese Luft mittels einer
21

5 Methoden
5.3 Feldmessungen der Methankonzentrationen und -emissionen
„Altluftspritze“ abgesaugt. Der Vorgang ist in Abb. 12-B dargestellt. Das Volumen des Probenentnahmerohres
betrug drei Milliliter. Durch die Entnahme von fünf Milliliter Altluft sollte eine Verschleppung
alter Probenluft ausgeschlossen werden (mündl. Mitteilung IHANUS 2006, Forschungsstation
Mekrijärvi, SAARNIO et al. 2006, Universität Joensuu).
Im vertikalen Abstand von je zehn Zentimetern wurden Gasproben senkrecht zur Schneeoberfläche
von der Grenzschicht Schnee-Atmosphäre zum Moor-Schnee-Übergang an der Basis der
Schneedecke genommen (Abb. 13-A). Dazu wurde das in Abb. 12-B beschriebene Probennahmeverfahren
für jeden Probennahmepunkt wiederholt.
22
Abb. 12: Prinzip der Probennahme bei Messungen des Konzentrationsgradienten im Schnee (nicht maßstabsgetreu):
A: Aufbau des Probennahme; B: Ablauf einer Probennahme; B1+B3: Die Ventilstellungen
erlauben nur das Absaugen von Luft aus dem Edelstahlrohr; B2+B4: Ventilstellung
beim Edelstahlrohr verhindert das Eindringen von Fremdluft.
Ergänzend zu den Konzentrationsgradienten wurden noch jeweils zwei von der Konzentrationsgradientenmessung
unbeeinflusste Gasproben je Untersuchungsstandort am Schneegrund (Abb.

5 Methoden
5.3 Feldmessungen der Methankonzentrationen und -emissionen
13-B) und direkt über der Schneeoberfläche (Abb. 13-C) genommen. Für die Beprobung der Porenluft
der Basis des Schnees wurde das Edelstahlrohr senkrecht bis auf den Beginn der Moorvegetation
in den Schnee geschoben. In einem Abstand von

5 Methoden
5.3 Feldmessungen der Methankonzentrationen und -emissionen
Edelstahlrohr befindliche Schmelzwasser wurde zusammen mit ca. 3 ml frischer Probenluft herausgezogen.
Erst danach wurde die Altluftspritze durch die Probenentnahmespritze ausgetauscht. Damit
sollte gewährleistet werden, dass kein Schmelzwasser in die Probenspritze gelangen konnte. So bestand
keine Gefahr, im Schmelzwasser gelöstes Methangas auszutreiben und die Probe zu verfälschen.
Gasproben aus ca. 60 cm Höhe oberhalb der Schneeoberfläche zu Beginn und Ende eines jeden
Tages dienten dem Vergleich von Schneeoberflächenkonzentrationen mit jenen der turbulent
durchmischten Atmosphäre.
5.3.3 PRINZIP DER HAUBENMESSUNGEN
Zur gängigen Praxis der lokalen Erfassung von Methanemissionen gehören Emissionsmesshauben
(ALM et al. 1999, 2007, BUBIER et al. 2005, CHRISTENSEN et al. 1995, KUTZBACH et al. 2004,
SAARNIO et al. 2000 & 2007, SHANNON & WHITE 1994). Ziel der Haubenmessung ist die Abschottung
der Vegetation oder des Schnees von der äußeren Atmosphäre. Durch das Aufsetzen einer Haube
wird die zu untersuchende Fläche isoliert und freigesetztes Methan kann nur aus der abgedeckten
Quelle ins Haubenvolumen gelangen (Abb. 14). Die Emissionsleistungen lassen sich auf Grundlage
der überdeckten Fläche, des Haubenvolumens und der darin stattfindenden Konzentrationsänderung
des Methans über die Zeit bestimmen. (CRILL et al. 1988).
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden alle verwendeten Hauben auf nach unten offene
Rahmen (60 x 60 cm) gesetzt. Eine Wasserschiene an der Oberseite der Rahmen gewährleistete die
Isolation von der umgebenden Luft (Abb. 15). Für die Schneemessungen wurden die Rahmen mit
Beginn der Messkampagne Anfang April 2006 im Schnee versenkt. Da sich die Temperaturen während
dieser Haubenmessungen nur sehr selten unter 0 °C befanden, konnte mittels einer Abdichtung
ungefrorenen Wassers zwischen Haube und Rahmen während den Messungen gewährleistet werden.
24
Abb. 14: Probennahme während einer Haubenmessung am Untersuchungsstandort HB in Salmisuo.
Für HA und HB (vgl. Kapitel 5.3.1) kamen zwei lichtundurchlässige Dunkelhauben (60 cm x 60
cm x 30 cm) aus Aluminium (Abb. 14) und für HF eine lichtdurchlässige Hellhaube (60 cm x 60 cm x
30 cm) für die Messungen während der Schneeschmelze zum Einsatz. Das Haubenvolumen der Hell-

5 Methoden
5.3 Feldmessungen der Methankonzentrationen und -emissionen
haube konnte durch eine zusätzliche Ventilationsanlage mit Eiskühlung klimatisiert werden. Dabei
sorgte ein Thermostat für eine, der umgebenden Atmosphäre möglichst angepasste, Temperatur.
Bei allen Standorten schwankte die Aufsatzdauer der Hauben. Die Haubenmessungen funktionieren
über lange Zeiträume autark und die Probenahmezeiten konnten sich deshalb an den Arbeitspausen
der Konzentrationsgradientenmethode orientieren. Auf Grund der langfristigen und geringen
Konzentrationsänderungen von Methan im Haubenvolumen wurden nach vorangegangenen Tests
Aufsatzzeiten von mindesten zwei Stunden festgelegt. Während der Probennahmen wurde der Wasserstand
im Rahmen geprüft und ggf. aufgefüllt, so dass trotz der langen Aufsatzzeiten kein atmosphärischer
Kurzschluss zum Haubenvolumen erfolgen konnte.
Abb. 15: Funktion der Haubenmethode: A: Probenspritze; B: verschließbarer Spritzenanschluss; C:
Thermometer; D: verschließbare Druckausgleichsöffnungen; E: Ventilator; F: Druckausgleichsschlauch,
ca. 5 m lang; G: wassergefüllter Rahmen für luftdichten Abschluss der Haube; X: aerober
Bereich des Moores; Y: anaerober Bereich des Moores; Methanemmisionspfade: M1:
pflanzenvermittelter Transport, M2: Diffusion, M3: Ebullition.
Alle Hauben besaßen Öffnungen, welche erst nach dem Setzen der Haube auf den Rahmen
luftdicht verschlossen wurden. Somit wurde sichergestellt, dass es zu keiner Freisetzung von Methanblasen
(anthropogen induzierte Ebullition sowie Einpressen atmosphärischer Luft in den Schneeporenraum)
aus dem Untersuchungsplott auf Grund von schnellen und starken Luftdruckschwankungen
unter der Haube kommen konnte. In jeder Haube befand sich ein batteriebetriebener Ventilator
zur Durchmischung der Luft sowie ein digitales, von außen ablesbares Thermometer für die Bestimmung
der Temperatur der Luft innerhalb des Haubenvolumens bei jeder Probennahme.
Die Konzentrationsmessungen erfolgten durch Abziehen einer Gasprobe des Haubenvolumens
mittels einer Plastikspritze (max. Vol. 60 ml, mit doppelter Silikondichtung des Kolbens und Absperrventil)
in definierten Zeitintervallen. Zu diesem Zweck befand sich an der Haube ein entspre-
25

5 Methoden
5.4 Gaschromatographie
chender, ebenfalls durch ein Ventil luftdicht verschließbarer, Adapter (B, Abb. 15). Über die gesamte
Aufsatzzeit wurden zwischen drei und sieben, in Einzelfällen zwei, Gasproben entnommen. Die Zeitintervalle
aufeinander folgender Gasprobennahmen schwankten dabei zwischen 20 und 300 Minuten.
Aufgrund der parallelen Messungen während der Durchführung der Konzentrationsgradientenmessungen
mussten diese Schwankungen hingenommen werden.
Ein ca. 5 m langer Entlüftungsschlauch (Innendurchmesser ca. 1 mm) ermöglichte einen
Druckausgleich mit der Umgebungsatmosphäre während der Aufsatzzeit, insbesondere während der
Probenentnahme per Spritze (Abb. 15). Durch die Länge und den geringen Querschnitt des Schlauches
war eine diffusive Vermischung zwischen Umgebungsluft und Haubenvolumen während der
Messung vernachlässigbar (mündl. Mitteilung LARS KURZBACH, Universität Greifswald 2005).
5.4 GASCHROMATOGRAPHIE
Binnen 24 Stunden erfolgte die Untersuchung der Probennahmen aus Salmisuo im Labor der
Forschungsstation in Mekrijärvi. Alle Gasproben wurden an einem Gaschromatographen (GC) mit
Flammenionisationsdetektor (Shimadzu GC-14-A) und einer mit porösem Polymer gefüllten Säule
(1.8 m, Haye Sep Q 80/100) zur Separation des Methans aus der Probenluft auf ihren Methangehalt
hin analysiert. Für jede Probenanalyse wurde mind. 10 ml Probenluft injiziert, um vorangegangene
Probenluft aus der Probenschleife zu entfernen (Volumen der Messschleife:

5.5 BERECHNUNG DER METHANEMISSIONEN
5.5.1 METHANEMISSIONEN AUS KONZENTRATIONSPROFILMESSUNGEN
5 Methoden
5.5 Berechnung der Methanemissionen
Um die Methanemissionen durch die Schneedecke während der Schneeschmelze in Salmisuo
berechnen zu können, wurden einige Annahmen getroffen. Es wurde davon ausgegangen, dass die
molekulare Diffusion von Methan durch den mit Luft gefüllten Porenraum der Hauptemissionsweg
durch den Schnee ist. Die Diffusion durch Schmelzwasser oder gar Eis ist dagegen weitaus geringer
(LINVINGSTON & HUTCHINSON 1995). So lange also im Schnee keine massiv ausgeprägten Eislinsen
oder Eisschichten (diffusionsmindernde Sperrschichten) vorkommen, bestimmt die molekulare Diffusion
durch die Porenluft die Emissionsleistung durch die Schneedecke (ALM et al. 1999, MASSMAN
1998, MCDOWELL et al. 2000, SOMMERFELD et al. 1993 & 1996,).
Außerdem wurde davon ausgegangen, dass der Porenluftdruck über das gesamte Profil gleich
ist. Über das ideale Gasgesetz wurde der Luftdruck in die Berechnung der Methanemissionen einbezogen
(Gleichung 2). Kurzfristige hochfrequente Schwankungen des Luftdruckes haben dabei einen
vernachlässigbaren Einfluss (Kapitel 3.2.4). Weiterhin wurde angenommen, dass es, SOMMERFELD et
al. (1993) folgend, in der Schneedecke keinerlei Produktion oder Konsum von Methan gibt. KIM et al.
(2007) sehen die Möglichkeiten der Methanoxidation innerhalb der Schneedecke, jedoch der Forschungsstand
nicht ausreichend um dies adäquat in die Berechnung der Methanemissionen einfließen
zu lassen.
Die Diffusionsberechnungen wurden unter Nutzung des ersten Fick’schen Gesetzes (Gleichung
1) aufgestellt (JONES et al. 1999, LINVINGSTON & HUTCHINSON 1995).
dC
F = -D∗ dz
F − Diffusionsfluss
D − Diffusionskoeffizient in Luft
dC
dz
− Konzentrationsgradient
dC Differenz Gaskonzentration
dz Differenz der Distanz der Probennamen
[Gleichung 1]
Soll Gleichung 1 auf Methanemissionen durch die Schneedecke angewendet werden, so müssen
weitere Parameter für die Flussbestimmung berücksichtigt werden. Die Diffusion von Methan durch
Schnee wurde unter Verwendung der Gleichung 2, angepasst nach MCDOWELL et al. (2000), berechnet.
27

5 Methoden
5.5 Berechnung der Methanemissionen
28
F
Schnee
dC
MCH 4 ∗ p s ∗Φ∗t ∗DCH 4 ∗
dz
=
R ∗T
CH 4
CH 4
F Schnee − Diffusionsfluss durch Schnee
M CH 4 − Molekulargewicht von CH4 (16,043 g mol -1 )
p s − Luftdruck (Pa) zur Messung in Salmisuo
Φ − Porosität des Schnees (m 3 m -3 )
t − Tortuosität des Schnees
[Gleichung 2]
D CH 4 − Diffusionskoeffizient CH4 in Porenluft von Schnee (m 2 s -1 )
dC
dz
CH 4
CH 4
− Konzentrationsgradient von CH 4 (ppm m -1 )
R − ideale Gaskonstante (8,314472 Pa m 3 mol -1 K -1 )
T − Mittelwert der Temperatur der Porenluftmessungen (K)
Die molare Masse (MCH4 = 16,043 g mol -1 ) und die ideale Gaskonstante (R = 8,314472 Pa
m 3 mol -1 K -1 ) sind dabei die einzigen unveränderlichen Größen.
Die Porosität bezeichnet das Verhältnis aller Hohlräume eines porösen Mediums zu dessen
Gesamtvolumen. Bei Betrachtung einer Schneedecke wird das gesamte Volumen, welches nicht von
Schnee- (Eis-) Kristallen eingenommen wird, dividiert durch das Schneegesamtvolumen als Porosität
des Schnees bezeichnet (DU PLESSIS & MASLIYAH 1991). Die Berechnung (Gleichung 3) erfolgte aus
dem nach Gleichung 4 berechneten Verhältnis von Schneedichte (ρs) zur Dichte von Eis (ρi = 0,9168 g
cm -3 ; DINGMAN 1993). Die notwendigen Eingangsdaten wurden mittels Felduntersuchungen gewonnen
(Kapitel 5.1.4).

s
1- ρ
e
5 Methoden
5.5 Berechnung der Methanemissionen
Φ = [Gleichung 3]
ρ
m
s ρ s = [Gleichung 4]
Vs
ρ e − Dichte von Eis (0,9168 g cm -3 )
ρ s − Dichte der Schneeprobe
m s − Masse des Schnees (g)
V s − Volumen des Schnees (cm³)
Die Tortuosität beschreibt die Gewundenheit des Porenraumes. Im porösen Medium Schnee
ist der Porenraum nicht homogen verteilt (SOMMERFELD et al. 1996). Für die Berechnung wurde die
von DU PLESSIS & MASLIYAH (1991) entwickelte Formel genutzt (Gleichung 5). Nach dessen Definition
wird die Tortuosität t kleiner, wenn die Gewundenheit bei Verringerung der Porosität zunimmt.
2
3
1 - ( 1- Φ )
t = [Gleichung 5]
Φ
Der Diffusionskoeffizient (D) von Gasen in Luft hängt entscheidend von Luftdruck und
Temperatur der Porenluft ab (MCDOWELL et al. 2000). MASSMAN (1998) analysierte verschiedene
Untersuchungen zu den Diffusionskoeffizienten von CH4 im Schnee (Kapitel 3.2.4). Der von ihm
berechnete Wert D0=0,1952 cm 2 s -1 gilt für Normalluftdruck
(p0 = 1013,25 hPa) und Normtemperatur (T0 = 0 °C). Der Diffusionskoeffizient für Messungen in
Salmisuo (DCH4) wurde an den Luftdruck und den Temperaturmittelwert der verwendeten Gasproben
angepasst (Gleichung 6).
α
p0 T0
CH 4 = 0 ∗ ∗⎜
⎛ ⎞
⎟
ps ⎝ T ⎠
D D
[Gleichung 6]
0 D − Diffusionskoeffizient (0,1952 cm 2 s -1 (MASSMAN 1998))
0 p − Normalluftdruck (1013,25 hPa)
0 T − Normaltemperatur (0 °C)
α − empirischer Parameter α = 1,81 (MASSMAN 1998)
29

5 Methoden
5.5 Berechnung der Methanemissionen
Die Konzentrationsgradienten dCCH4/dzCH4 wurden als Anstieg einer linearen Regression mit
den Methankonzentrationen als abhängiger, und der Schneetiefe als unabhängiger Variablen bestimmt.
Ein linearer Verlauf der Konzentrationsgradienten kann nur bei Bedingungen eines dynamischen
Gleichgewichts innerhalb einer Schneedecke mit homogen verteiltem Porenraum erwartet werden
(MASSMAN 1998). Als Resultat der fortschreitenden Schneeschmelze war jedoch die Schneedecke
und damit der Porenraum sehr heterogen ausgeprägt. Die üblichen Verfahren der Bestimmung der
Emissionsleistungen von Methan durch den Schnee basieren oft auf der alleinigen Verwendung der
Konzentrationsdifferenz zwischen Proben von der Schneebasis und der Schneeoberfläche (ALM et al.
1999 & 2007, SAARNIO et al. 2000; SOMMERFELD et al. 1993 & 1996). Diese vereinfachte Methodik
konnte bei den vorgefunden dynamischen Schneebedingungen nur selten angewandt werden. Zeigten
die Konzentrationsgradienten einen deutlich nichtlinearen Verlauf inklusive Konzentrationssprüngen,
so konnten die Methanemissionen nicht allein über die Konzentrationsdifferenz zwischen den Grenzschichten
im Liegenden des Schnees und dessen Oberfläche bestimmt werden, da nicht von einem
gleichmäßigen Diffusionswiderstand in einen homogenen Porenraum ausgegangen werden konnte.
Die sprunghaften Anstiege der Methankonzentrationen in der Schneedecke wurden immer in
tieferen Bereichen der Schneedecke festgestellt, während im oberen Bereich ein deutlich linearer
Konzentrationsgradient bestand. Dieser lineare Abschnitt des Konzentrationsgradienten wurde für
die Emissionsberechnungen verwendet, indem der Anstieg einer linearen Regression durch die entsprechenden
Messpunkte bestimmt wurde. Die Methankonzentrationen an der Oberfläche des
Schnees entsprachen annähernd der atmosphärischen Methankonzentration (1,754) des Jahres 2005
(IPCC 2007). Dieser Wert diente der Qualitätsbeurteilung des errechneten Methanflusses. Verfehlte
der y-Achsenabschnitt der linearen Regression den Wert von 1,8 ppm (ALM et al. 2007) um mehr als
0,2 ppm, wurde die entsprechende Flussberechnung verworfen.
War der Konzentrationsgradient über das gesamte Schneeprofil linear, so konnte die Flussbestimmung
über die lineare Regression mit den Flussbestimmungen aus der Konzentrationsdifferenz
zwischen Proben von der Schneebasis und der Schneeoberfläche verglichen werden.
5.5.2 METHANEMISSIONEN AUS HAUBENMESSUNGEN
Durch die Abschottung einer Versuchsfläche mittels Aufsetzen einer Haube auf den im Schnee
befindlichen Rahmen können Methanflüsse anhand der Konzentrationsänderung des Gases im Haubenvolumen
über die Aufsatzzeit ermittelt werden. Unter Verwendung der Steigung einer linearen
Regression mit der Methankonzentration als abhängiger und der Haubenaufsatzzeit als unabhängiger
Variable wurde der Methanfluss ermittelt (CRILL et al. 1995, FOKEN 2006). Die Berechnung der Methanflüsse
mit der Haubenmethode erfolgte mit der in Gleichung 7 dargestellten Formel.
30

F
Haube
dC
M CH 4 ∗ ps∗V ∗
=
dt
R ∗A∗T CH 4
F Haube − Methanemission der Haubenmessung
M CH 4 − Molekulargewicht von CH4 (16,043 g mol -1 )
p s − Luftdruck (Pa) zur Messung in Salmisuo
V − Haubenvolumen (m 3 )
dCCH
4
dt
− Konzentrationsgradient von CH 4 über Zeit t
R − ideale Gaskonstante (8,314472 Pa m 3 mol -1 K -1 )
A − vom Rahmen begrenzte Moorfläche (0,36 m 2 )
5 Methoden
5.5 Berechnung der Methanemissionen
[Gleichung 7]
T − Temperatur des Haubenvolumens bei Probennahme (K)
Die ideale Gaskonstante (R = 8,314472 Pa m3 mol -3 K -3 ) und die molare Masse (MCH4 =
16,043 g mol -1 ) gehen als konstante Größen in die Berechnung der Methanemissionen ein. Diese
Konstanten dienen in Verbindung mit entsprechendem Luftdruck- (ps) und Temperaturmessungen
(T) der Bestimmung der Masse von Methan, aus den Konzentrationsanstiegen, ermittelt über die lineare
Regression.
Das Mikrorelief der Schneeoberfläche jedes Rahmens hat einen entscheidenden Einfluss auf
das von der Haube eingeschlossene Luftvolumen. Durch Bestimmung der Höhe des Schnees in einem
Raster von zehn Zentimetern konnte die mittlere Schneeoberflächenhöhe berechnet werden.
Das Volumen, welches von der Haube abgedeckt wurde, wurde aus der Differenz des tatsächlichen
Volumens der Haube (0,108 oder 0,1296 m 3 ) und dem Produkt der Rahmenfläche und des Mittelwertes
der relativen Höhe der Schneeoberfläche über dem Rahmen für jeden Untersuchungsplot berechnet.
Während die Methanflüsse über Diffusion durch den Boden und die pflanzenvermittelte Emission
gleichmäßig und ohne bedeutende Schwankungen erfolgen, so ist die Freisetzung von Methan
durch Ebullition unregelmäßig. Letzterer Emissionspfad war mit der gewählten Methode nicht quantifizierbar,
deshalb mussten Messungen, die durch Ebullition deutlich gestört waren, ausgesondert
werden. Deutlich nichtlineare Messungen wurden per Sichtkontrolle aussortiert. Die normale atmosphärische
Konzentration von Methan von ca. 1,754 ppm wurde zur Überprüfung der linearen Regressionen
hinsichtlich der Ungestörtheit durch Ebullition herangezogen. Der berechnete Schnittpunkt
der Regressionsgeraden mit der y-Achse zum Zeitpunkt t0, dem Zeitpunkt des Aufsetzens der Haube,
durfte nicht weiter als 0,2 ppm von 1,8 ppm Methan abweichen. Als Ausnahme dieser Regel galten
Messungen, die eine Ebullition vor der ersten Messung aufwiesen und ansonsten allen anderen Qualitätsmerkmalen
entsprachen.
31

5 Methoden
5.6 Statistische Methoden der Fehlerbeschreibung
32
Für die weitere Beurteilung der Gasflussmessungen unter Nutzung der Haubenmethode wird
allgemein oft das Bestimmtheitsmaß der Regression R 2 genutzt (ALM et al. 1999 & 2007). Diese Me-
thode ist jedoch nicht optimal, da sie bei hohen Emissionsleistungen einen weiteren Abstand der Residuen
erlaubt als bei geringeren Flüssen (HUBER 2004, HIBBERT 2005). Stattdessen wurde die Standardabweichung
der Residuen der linearen Regression als Qualitätsabschätzung der Haubenmessung
verwendet. Nach Analyse der Datensätze wurde ein Schwellenwert der Standardabweichung der Residuen
von 0,3 ppm gewählt. War die Standardabweichung der Residuen größer, so wurde die Messung
verworfen. Somit konnte ausgeschlossen werden, dass Messfehler bei hohen Methanflüssen unberücksichtigt
bleiben und niedrige Flüsse trotz geringem Messfehler verworfen werden (KUTZBACH et
al. 2007).
5.6 STATISTISCHE METHODEN DER FEHLERBESCHREIBUNG
5.6.1 FEHLERFORTPFLANZUNG FÜR DIE BERECHNETEN METHANEMISSIONEN
Die Messungen der Methanemissionen sind von verschiedensten Seiten mit gewissen Fehlern
behaftet. Grundsätzlich lassen sich dabei drei Fehlerarten unterscheiden:
a) grobe Fehler
b) systematische Fehler
c) zufällige (statistische) Fehler
Grobe Fehler werden durch eine grundsätzliche Fehlmessung verursacht, sodass der Messfehler
von vergleichbarerer Größenordung wie der tatsächliche Messwert selbst ist. Solche Fehler sind in der
Regel schon bei grober Sichtung der Daten erkennbar und die entsprechenden Messungen wurden im
Vorfeld der Fehlerfortpflanzungberechnung ausgesondert.
Systematische Fehler sind vorzeichenbestimmt und in ihrer Art wiederkehrend. Sie können, sofern
sie erkannt werden, in Ergebnisberechnungen durch entsprechende Korrekturwerte herausberechnet
werden (SCHÖNWIESE 2000).
Den zufälligen oder auch statistischen Fehlern wurde in der Berechnung der Flüsse besondere
Aufmerksamkeit geschenkt. Für jede Emissionsberechnung wurde, mittels Fehlerfortpflanzungrechnung
für zufällige Fehler nach Gauß, der jeweilige zugehörige Standardfehler berechnet (Gleichung
8). Fehlerfortpflanzungsgleichungen wurden jeweils für Hauben und Konzentrationsgradientenmessungen
aufgestellt. Diese Formeln können nur vernünftig angewendet werden, wenn die zufälligen
Fehler kleiner sind als die in die Flussberechnung einfließenden entsprechenden Messwerte (SCHÖN-
WIESE 2000). Dies war bei allen berücksichtigten Messungen der Fall.

5 Methoden
5.6 Statistische Methoden der Fehlerbeschreibung
2
n ⎛ δ y ⎞ 2
∑ ⎜ ⎟ j
[Gleichung 8]
⎜ j = 1 δ x ⎟
j
ˆ σ = ∗σ
⎝ ⎠
ˆ
σ − resultierenderFehler (Fehler nach Fehlerfortpflanzung)
σ j − Fehler des jeweiligen Messwertes
δ y
δ x
j
− partielle Ableitung der Berechnungsfunktion y nach der
Eingangsvariablen x i
Wendet man Gleichung 8 auf die Ergebnisse der Konzentrationsgradientenmessung an, so
folgt daraus Gleichung 9.
[Gleichung 9]
2
⎛ 2 ⎛ ⎞
⎞
2 2
2 2
2 ⎜⎛ δ y ⎞ 2 ⎛ δ y ⎞ 2 ⎛δ y ⎞ 2 ⎛ δ y ⎞ 2 ⎜ δ y ⎟ 2 ⎛ δ y ⎞ ⎟
2
⎜ 2 ⎜ p Φ
t D dC
⎜ ⎟ T
δ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎟
⎜ δ δ δ δ p ⎝ t D dC δ
Φ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ dz ⎝ T ⎠
⎜
⎝ ⎠ ⎜ ⎟
⎟
dz
ˆ σS =
M
∗
R x
∗ σ +
x
∗ σ +
x
∗ σ +
x
∗ σ +
x
∗ σ + -
x
∗σ
⎝ ⎝ ⎠
⎠
ˆσ S − resultierender Fehler des diffusiven Methanflusses
2
σ p − Fehler der Luftdruckmessung
2
σ Φ − Fehler der Porositätsmessung
2
σ t − Fehler der Tortuositätsberechnung
2
σ D − Fehler des Diffusionskoeffizienten von Methan
2
σ T − Fehler der Temperaturmessung
σ − Fehler des Anstiegs der linearen Regression mit der Methankonzent-
2
dC
dz
ration als abhängiger und der Schneetiefe als unabhängiger Variablen
Auf die Flussbestimmung der Haubenmessungen angewendet, folgt aus der Gleichung 8 die in
Gleichung 10 dargestellte Formel der Fehlerfortpflanzung.
33

5 Methoden
5.6 Statistische Methoden der Fehlerbeschreibung
34
[Gleichung 10]
2
⎛ 2 2 ⎛ ⎞
⎞
2 2
2
M ⎜⎛δ y ⎞ 2 ⎛ δ y ⎞ 2 2 2 2
ˆ
⎜ δ y ⎟ ⎛ δ y ⎞ ⎛ δ y ⎞ ⎟
σH= ∗ σ 2 ⎜⎜ ∗ p+ ∗ σV+ ∗ σdc + ∗ σT+ ∗σA
R ⎜
⎟
δx ⎟ ⎜ ⎟
p δx ⎜
V δx ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎟
dc dt δxT δxA
⎜ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
⎟
⎝ ⎝ dt ⎠
⎠
ˆσ H − resultierender Fehler der Methanflusses
2
σ p − Fehler der Luftdruckmessung
2
σ V − Fehler der Haubenvolumenbestimmung
σ − Fehler des Anstieges der linearen Regression mit Methankonzentra-
2
dc
dt
tion als abhängiger und der Aufsatzzeit als unabhängiger Variablen
2
σ T − Fehler der Temperaturmessung
2
σ A − Fehler der Flächenabdeckung des Rahmens
Die resultierenden Fehler wurden grundsätzlich als Standardfehler angegeben. Die Irrtumswahrscheinlichkeit,
dass der tatsächliche Gasfluss außerhalb des Standardfehlers nach der Fehlerfortpflanzungsberechnung
liegt, beträgt 31,74 % (SCHÖNWIESE 2000). Die Bestimmung der Messfehler
der einzelnen Eingangsgrößen der Emissionsberechnungen wird im folgenden Unterkapitel erläutert.
5.6.2 MESSGERÄTEFEHLER UND FEHLER MESSGERÄTEUNABHÄNGIGER VARIABLEN
So Herstellerinformationen über Messgerätefehler verfügbar waren, wurden diese für die
Fehlerberechnung genutzt. Andenfalls wurden durch wiederholte Messungen unter möglichst gleichen
Bedingungen eine Fehlerabschätzung durchgeführt.
Der Messgerätefehler des Barogebers PTB 100 A (vgl. Kapitel 5.2) wird vom Hersteller im
Temperaturbereich von -20 bis 45 °C mit ± 1,5 hPa angegeben. Die Langzeitstabilität beträgt ± 0,1
hPa pro Jahr (THIES CLIMA 2005). Für die Fehlerberechnungen wurde ein geringfügig höherer Wert
von ± 2 hPa für den Fehler des Drucks verwendet.
Der Messgerätefehler des verwendeten Bodenthermometers konnte nicht den Herstellerunterlagen
entnommen werden. Der Messgerätefehler wurde daher vom Autor abgeschätzt (Vergleich mit
Thermometer der Klimastation Salmisuo) und für die Berechnungen mit T = ± 0,5 °C angegeben.
Der Fehler der Bestimmungen der jeweiligen Haubenvolumen wurde durch wiederholtes
Bestimmen des Mikroreliefs einzelner Rahmen abgeschätzt. Die Berechnung der durchschnittlichen
Höhe der Vegetation wurde immer auf ± 2 cm genau geschätzt. Daraus ergab sich ein Fehler von
± 0,072 m³ für die Bestimmungen der Haubenvolumen.

5 Methoden
5.6 Statistische Methoden der Fehlerbeschreibung
Die Fläche, welche die Rahmen im Schnee einnahmen richtete sich nach deren Fertigungspräzision,
welche auf ± 0,001 m² geschätzt wurde.
Durch mehrfach wiederholte Bestimmungen der Schneedichte an jeweils verschiedenen Standorten
konnte die Präzision für die Bestimmungen der Porosität bestimmt werden. Der Fehler der
Porositätsbestimmung ergab sich aus den Fehlern der Schneevolumenbestimmung und des entsprechenden
Gewichtes. Der absolute Fehler der Porositätsbestimmung überstieg nie den Wert von
Φ = ± 0,002.
Da die Tortuosität über eine empirische Funktion aus der Porosität berechnet wird (vgl. Gleichung
5, Kapitel 5.5), kann der Fehler der Tortuosität ( σ t ) über Fehlerfortpflanzungrechnung aus
dem Fehler der Porosität bestimmt werden (Gleichung 11).
1 2
1 ⎛ 2
− ⎞
ˆ 3 3
σ t = 1 Φ (1 Φ ) (1 Φ ) σ
2 ⎜− + ∗ ∗ − + − ⎟∗
Φ ⎝ 3
⎠
σ Φ − absoluter Fehler der Porositätsmessung (0,002)
Φ
[Gleichung 11]
Der berechnete absolute Fehler Tortuosität war nie größer als ± 0,0006.
Der Diffusionskoeffizient von Methan in Luft wurde von MASSMAN (1998) übernommen. Selbiger
gibt den Fehler mit ± 5% des Diffusionskoeffizienten an.
Der Fehler der Methankonzentrationsmessung mit dem Gaschromatographen wurde zwar untersucht,
floss jedoch nicht in die Fehlerfortpflanzungrechnung für die Emissionsberechnung ein, da
dieser Fehler in dem Fehler des Anstieges der linearen Regression der Konzentrationsdaten über die
Schneetiefe bzw. Haubenaufsatzzeit schon enthalten war. Die Untersuchung war jedoch für Interpretation
und Diskussion der Ergebnisse bedeutend. Die Genauigkeit des Gaschromatographen konnte
mit Hilfe der Standardgasmessungen (CH4- Gehalt 1,758 ppm) überprüft werden. Durch wiederholte
Injektion im Minutentakt konnte die Präzision beurteilt werden. Da während der Probenanalyse jeweils
vier Probenspritzen immer vier Standardgasmessungen folgten, konnte außerdem das Driften
der Messgenauigkeit des GC’s bestimmt und berücksichtigt werden. Die Analysedauer der Proben
eines Probentages betrug zwischen vier und acht Stunden.
Weiterhin wurde der mögliche systematische Fehler durch einen Methanverlustes aus den Probenspritzen
(Diffusion) während des Transportes und der Lagerung untersucht, indem 20 Spritzen
mit einem Standardgas mit dem Gehalt von 100 ppm CH4 über zehn Tage zu je 2 Spritzen analysiert
wurden. Dabei diffundierten binnen 24 Stunden weniger als 1 ppm Methan aus den Spritzen heraus.
Da der Diffusionsdruck zwischen einer mit 100 ppm CH4 gefüllten Spritze zur atmosphärischen
Konzentration von ca. 1,754 ppm wesentlich höher ist als bei den Konzentrationen der Felduntersuchungen,
ist anzunehmen, dass sich dieser systematische Fehler kaum auf die Qualität der Messergebnisse
ausgewirkt hat.
35

5 Methoden
5.6 Statistische Methoden der Fehlerbeschreibung
Die Fehler der linearen Regressionsanstiege wurden unter Verwendung der jeweiligen Standardabweichungen
der Residuen (Gleichung 12) errechnet. Die Standardfehler der Regressionsanstiege
wurden für die Haubenmessungen nach Gleichung 13 und für die Konzentrationsgradientenmethode
nach Gleichung 14 berechnet.
36
S
r
=
Δr
2
CH 4
n−2 S r − Standardfehler der Residuen
Δ r − Summe der quadrierten Abstände der Residuen
2
CH 4
n− 2 − Freiheitsgrad der n Messungen
σ =
dc
dt
σ =
dc
dz
n
nS
t ( t )
2
r
2 2
i i
∑ ∑
n
nS
z ( z )
2
r
2 2
i i
∑ ∑
[Gleichung 12]
[Gleichung 13]
[Gleichung 14]
σ dc − Fehler des Anstieges der linearen Regression für die Hau-
dt
benmessungen
t i − Zeit nach Haubenaufsatz der i-ten Gasprobennahme
σ dc − Fehler des Anstieges der linearen Regression für die Kon-
dz
zentrationsgradientenmessungen
z i − Abstand zur Schneeoberfläche der i-ten Gasprobennahme

6 ERGEBNISSE
6.1 KLIMADATEN
6 Ergebnisse
6.1 Klimadaten
Der Untersuchungszeitraum erstreckte sich vom 7. bis zum 21. April. Darin gab es einen ansteigenden
Temperaturtrend, auch wenn dieser von deutlichen Schwankungen beherrscht war (Abb.
16). Dem letzten Schneefall folgte eine Tauperiode, verbunden mit steigenden Maximaltemperaturen,
die am 9. April mit 8,3 °C ein zwischenzeitliches Temperaturmaximum zu Beginn des Untersuchungszeitraumes
bildeten. Die Tagesmittelwerte folgten diesem Trend, wobei niedrige Nachttemperaturen
einen ausgleichenden Einfluss hatten. Der angesprochene Temperaturanstieg führte zu starkem
Abschmelzen der Schneedecke. Dieses besonders heftige Abschmelzen des Schnees wurde noch
durch einmaligen leichten Nieselregen in den Morgenstunden des 10. Aprils verstärkt.
Temperatur (°C)
20
15
10
5
0
-5
-10
01.04. 04.04. 07.04. 10.04. 13.04. 16.04. 19.04. 22.04. 25.04. 28.04. 01.05. 04.05.
Datum
Abb. 16: Verlauf der Temperaturen in Salmisuo April / Mai 2006; grau: Untersuchungszeitrum der Methanemissionen
durch die Schneedecke, rot-gestrichelt: Tageshöchstwerte, schwarzdurchgehend:
Tagesmittelwerte, blau-gepunkted: Tagestiefstwerte.
6.2 SCHNEE- UND EISEIGENSCHAFTEN
6.2.1 SCHNEEHÖHE
Zu Beginn der Untersuchung der Schneeschmelze im Frühjahr im Moor Salmisuo war das
Moor mit einer geschlossenen Schneedecke bedeckt, deren flächenhafte Ausprägung mittels zweier
Schneetransekte untersucht wurde (Abb. 17 & Abb. 18). Generell hatte der Schnee eine reliefausgleichende
Wirkung (POMEROY & BRUN 2001) während die Schneemächtigkeiten eines Transektes mehr
37

6 Ergebnisse
6.2 Schnee- und Eiseigenschaften
als 30 cm Amplitude aufwiesen, lagen die Höhendifferenzen der Schneeoberfläche nur im Bereich
von ca. 10 cm. Einzig in Gebieten besonders starker Hummockvegetation mit zahlreichen Bäumen
nahm die durchschnittliche Reliefhöhe der Schneeoberfläche zu.
Das insgesamt 206 m lange Schneetransekt a (Abb. 17 & Abb. 7 in Kapitel 5.1.1) wurde am
9. April aufgenommen und umrahmte an drei Seiten im Norden, Westen und Süden den Untersuchungsbereich
der Methankonzentrationsgradientenmessungen. Der Mittelwert der Schneehöhe über
das Transekt betrug 45 cm. An nahezu allen Punkten mit einer geringeren Schneehöhe als 36 cm
konnte die Vegetationsform Hummock identifiziert werden. Ferner kam die Vegetationsform Flark
nur in sehr geringer Anzahl vor. Sie konnte nur am südlich der Standortgruppe C verlaufenden Transektabschnitt
lokalisiert werden. Die Schneehöhen dieser Bereiche waren mit über 53 cm die höchsten
des gesamten Transektes und befanden sich auf Ausläufern des Flarkbereiches C1 in dessen südwestlicher
Richtung. Deutlich zu erkennen war die geringere Schwankung der Schneehöhe, die auch auf
den sehr ebenen Untergrund unter der Schneedecke zurückzuführen ist. Der Flarkbereich zeichnete
sich durch eine flächenhafte Moorwassereisschicht aus, welche die Moorvegetation überdeckte.
38
Porosität
des Schnees
Schneehöhe (cm)
0,80
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
0,00
55
50
45
40
35
30
25
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
SOO NWW N S NWW SOO
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Transektlänge (m)
Abb. 17: Schneetransekt a im Untersuchungsgebiet der Methankonzentrationsgradienten; schwarze Linie:
Schneemächtigkeiten, rote Dreiecke: Porosität der Schneedecke. Es besteht kein Zusammenhang
zwischen Schneehöhe und Porosität. Das Bestimmtheitsmaß war bei einer linearen Regression
mit R 2 = 0,2114 noch am Besten. Dabei konnte mit den gewählten Untersuchungsmethoden
der Schneetransekte kein deutlicher Unterschied in der Beschaffenheit des Schnees festgestellt
werden, der die Unterschiede in der Porosität des Schnees über die Fläche erklären konnte.
Am 12. April erfolgte die Aufnahme eines weiteren 453 m langen Schneetransektes (vgl. Abb.
18 & Abb. 7 in Kapitel 5.1.1). Zusätzlich wurde dabei die Mächtigkeit der Moorwassereisschicht und
der ggf. vorhandenen Vegetation zwischen dieser und der Schneebasis an allen Schneedichtemesspunkten
ermittelt.

Porosität
des Schnees
Schneehöhe (cm)
Tiefe unter Schneebasis
(cm)
0,80
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
0,00
60
50
40
30
20
0
5
10
15
20
NNW
6 Ergebnisse
6.2 Schnee- und Eiseigenschaften
Transektlänge (m)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
N S
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Transektlänge (m)
Abb. 18: Schneetransekt b; A: Vegetations- und Mooreisverhältnisse unter der Schneebasis, grün-schräge
Schraffur: Mächtigkeit der Vegetationsschicht zwischen Schneebasis und Mooreis, blauwaagerechte
Schraffur: Mächtigkeit und Position des Mooreises; B: Schneemächtigkeit; C: Porosität
des Schnees. Ein Zusammenhang der Porosität des Schnees mit der Schneehöhe sowie dem
Vorhandensein und den Mächtigkeiten von Vegetation und Eis unter dem Schnee besteht nicht
(jeweils R² < 0,1).
Die größten Schneehöhen wurden mit je 60 cm am Anfang des Transektes nach 34 und 47 m
sowie im zweiten Teil des Transektes mit 59 cm nach 276 m Gesamtlänge gemessen (Abb. 18). Alle
Standorte mit einer Schneehöhe kleiner als 30 cm können dem Vegetationstyp Hummock zugeordnet
werden. Der Mittelwert der Schneehöhe über das gesamte Profil betrug 42,5 cm. Dabei war die
durchschnittliche Schneehöhe des ersten Transektabschnittes mit 43,6 cm etwas höher als jene vom
zweiten Abschnitt mit 42 cm. Aufgrund der zeitlichen Verzögerung der Datenaufnahme des zweiten
Abschnittes im Vergleich zum ersten Abschnitt konte kein Zusammenhang mit den unterschiedlichen
Mooreigenschaften hergestellt werden, da die Tauaktivitäten über den Aufnahmezeitraum anhielten.
Auch fehlt ein klarer Zusammenhang zwischen den Mächtigkeiten der Vegetation über dem Mooreis
und der Schneehöhe. Davon unterscheiden sich alle Untersuchungspunkte, an denen sich die Schnee-
C
B
A
SSO
39

6 Ergebnisse
6.2 Schnee- und Eiseigenschaften
schicht direkt auf dem Mooreis befand. Hier betrug die Schneehöhe bei allen 12 Aufnahmen mindestens
45 cm.
Die größeren Schneehöhen zu Beginn des Transektes im Bereich von 29 bis 64 m sind vermutlich
auf eine höhere Baumdichte zurückzuführen, in deren Windschatten der Schnee akkumuliert
werden kann. Die deutlicher baumfreien Bereiche zwischen 155 und 245 m Transektlänge standen
demgegenüber unter Einfluss höherer Windgeschwindigkeiten. Der Vegetationswechsel zwischen
Hummocks, Lawns und den seltenen Flarks in weiten Bereichen des restlichen zweiten Transektabschnitts
war gleichmäßig heterogen, sodass keine signifikanten Unterschiede in der Schneehöhenverteilung
feststellbar waren.
Die ansteigenden Temperaturen führten zum Abschmelzen des Schneebedeckung von Salmisuo
(Abb. 19). Während am 7. und 9. April noch ca. 56 bzw. 54 cm Schnee das Moor bedeckten (während
der CH4-Konzentationsmessungen), waren es am 10. April nur noch ca. 41 cm. Mit dem 21.
April endete die Untersuchung der Methanemissionen durch die Schneedecke, da die notwendige
Mindesthöhe des Schnees über der Schmelzwasserschicht nicht mehr gegeben war. In Folge der ansteigenden
Höchsttemperaturen (16,4 °C am 27.04.) verbunden mit ansteigenden Tagesmittelwerten
schmolz der Schnee ab. Zum 26. April war im Untersuchungsbereich der Methanflussmessungen
keine Schneedecke mehr vorhanden, das Moor wurde, bis auf einzelne kleine Schneeflecken, vom
Schmelzwasser überdeckt. Nach dem 10. April sanken Höchst- wie auch Mittelwerte der Temperatur
und verliefen ab dem 11. April leicht ansteigend. Am 15. April erreichten die Temperaturhöchstwerte
ein deutlich sichtbares Minimum, jedoch stiegen gleichzeitig die Minimaltemperaturen an, so dass die
Tagesamplitude mit 1,9 °K vergleichsweise gering war. Während dieser Zeit kommt es zu einem deutlich
geringeren Verlust der Schneehöhe. Erst mit steigenden Minimaltemperaturen über den Gefrierpunkt
zum 18. April kommt es wieder zu sichtlich verstärktem Abschmelzen der Schneedecke, bei
wiederum vorhandenem Anstieg der Schmelzwasserschicht innerhalb des Schnees. Während der Verlust
der Schneehöhe in sieben Tagen (10. bis 17. April) nur ca. 6 cm betrug, verringerte sich die
Mächtigkeit in den beiden Tagen vom 17. zum 19. April wiederum um 6 cm.
40
Höhe (cm)
60
50
40
30
20
10
0
01.04. 04.04. 07.04. 10.04. 13.04. 16.04. 19.04. 22.04. 25.04. 28.04. 01.05. 04.05.
Datum
Abb. 19: Schneehöhe und Höhe des Schmelzwassers während der Messungen im Frühjahr 2006 in Salmisuo;
Vierecke: Schneehöhe, Kreise: Schmelzwasserhöhe über Moor- bzw. Mooreisoberfläche.

6.2.2 SCHNEEDICHTE
6 Ergebnisse
6.2 Schnee- und Eiseigenschaften
Mit fortschreitender Schneeschmelze sammelte sich mehr und mehr Schmelzwasser im Porenraum
des Schnees, die Porosität ging damit stetig zurück (Abb. 20-1 & Abb. 20-2). Dies galt vor allem
für die tiefer gelegenen Bereiche der Schneedecke. Eine geringere Porosität ging somit immer mit
einer deutlichen Steigerung der Schneefeuchte einher. Vor allem in den oberen Bereichen verhielten
sich Porosität und die daraus errechnete Tortuosität sehr variabel. Dies ist auf einen stärkeren Einfluss
der atmosphärischen Temperatur, verbunden mit der Einstrahlungsenergie zurückzuführen. Zu
berücksichtigen ist dabei auch eine zeitlich verzögerte Reaktion tieferer Bereiche des Schnees.
6.2.3 SCHNEETEMPERATUR
Über den gesamten Zeitraum der Schneeschmelze wurden in allen Tiefen ab 10 cm keine negativen
Temperaturen festgestellt. Selbst bei negativen Temperaturen von -3,6 °C im Übergangsbereich
Schnee-Atmosphäre an der Schneeoberfläche wurden in 10 cm Tiefe noch 0,9 °C gemessen. Über
Nacht sanken die Temperaturen innerhalb der Schneedecke jedoch unter den Gefrierpunkt, dies belegen
die schon beschrieben eisartigen Linsen und Schichten. Ebenso isolierte der Schnee gegen steigende
atmosphärische Temperaturen. Selbst bei Lufttemperaturen von 8 °C herrschte in 10 cm Tiefe
noch eine Temperatur von 1,1 °C. Die zugeführte Energie wurde in den obersten Zentimetern der
Schneedecke für Prozesse der Eiskristallumbildung sowie des Schmelzens der Kristalle verbraucht.
6.2.4 SCHNEE- UND EISLAGEN SOWIE KRISTALLFORMEN
Schmelzwasserschicht
Über die Winterperiode waren die Temperaturen ausreichend niedrig, dass sich trotz isolierender
Wirkung des Schnees unter der Schneebedeckung eine durchgehende Eisschicht in Salmisuo bilden
konnte (vgl. Kapitel 6.2.1). Diese Eisschicht bestand aus gefrorenen Moorwasser und verhinderte
ein weiteres Versickern von Schmelzwasser. Mit fortschreitender Tauperiode entstand so eine weiter
ansteigende Schmelzwasserschicht, welche bei entsprechend geringem Abstand zur Moorwassereisschicht
und entsprechend ausreichender Mächtigkeit bis weit in den Porenraum der Schneebasis hineinreichte
(vgl. Abb. 20-1 & Abb. 20-2). Ihre Mächtigkeit nahm im Gegensatz zur Schneehöhe zu (9.
April: ca. 0,5 cm, 10. April: ca. 3 cm – vgl. Abb. 19). Im Kontrast dazu war am 7. April nur an einem
Schneeprofil ca. 1 cm Schmelzwasser an der Basis des Schnees vorhanden. Nach dem Durchsickern
des Schmelzwassers durch den Porenraum der Schneedecke stieg die Porosität zum 17. April vor allem
in den tieferen Profilbereichen über der Schmelzwasserschicht wieder an. Der Schmelzwasseranstieg
intensiviert sich bei allen Profilen langsam, um dann zum 19. und 21. April deutlich zuzunehmen.
41

6 Ergebnisse
6.2 Schnee- und Eiseigenschaften
42
Schneehöhe (cm)
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
60
50
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
7-A
10-A 10-B
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
7-B 7-C
Porosität / Tortuosität
10-C
13-A 13-B 13-C
15-A
Porosität / Tortuosität
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
15-B
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
60
15-C
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Abb. 20-1: Zeitliche Veränderungen der Schneedeckenverhältnisse in Salmisuo; Fortsetzung siehe
Abb. 20-2.
50
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
Schneehöhe(cm)

Schneehöhe (cm)
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
60
50
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
Tortuosität
Porosität
Schneeoberfläche
Eisartige Linsen
Eisartige Lage
Schmelzwasser in der
Schneebasis
Porosität / Tortuosität
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
6 Ergebnisse
6.2 Schnee- und Eiseigenschaften
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
60
17-A 17-B 17-C
19-A 19-B 19-C
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Porosität / Tortuosität
21-C
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Porosität / Tortuosität
Abb. 20-2: Zeitliche Veränderungen der Schneedeckenverhältnisse in Salmisuo nach Schneeprofiansprache
der drei Untersuchungsbereiche A, B und C (vgl. Kapitel 5.1.1, Abb. 7 & Kapitel 5.3.1,
Abb. 10); Die Felduntersuchungen der Schneeprofile wurden an den Tagen der Konzentrationsgradientenmessungen
von CH4 innerhalb der Schneedecke durchgeführt; die Zahlen der einzelnen
Graphen geben das Datum der Untersuchung wieder, die Buchstaben das Untersuchungsgebiet
(Bsp.: 7-B steht für Untersuchung vom 7. April in Standortsbereich B). Zum 21. April
waren sinnvolle Aufnahmen nur noch im Untersuchungsbereich C möglich, da die Schneeauflage
über dem Schmelzwasser der Profilbereiche A und B mit ca. 5 cm zu gering für eine Beprobung
mit den zur Verfügung stehenden Methoden war.
50
40
30
20
10
0
50
40
30
Schneehöhe
20
(cm)
10
0
50
40
30
20
10
0
43

6 Ergebnisse
6.2 Schnee- und Eiseigenschaften
44
Eisschichten
Die starken Schmelzaktivitäten zwischen dem 7. und 10. April zeigen sich in einer Verringerung
der Porosität der Schneedecke an allen Standorten. Gleichzeitig bildete sich eine mächtige, sehr kompakte,
eisartige Schicht knapp unter der Schneeoberfläche. Diese bestand aus kompakten Eiskristallen,
welche dicht gelagert aneinander gefroren waren. Dies wurde durch vorhandenes Schmelzwasser
in Verbindung mit Wasser aus einem leichten Niederschlagsereignis mit Nieselregen möglich. Das
Schmelzwasser verblieb offenbar zum Teil im Porenraum der obersten Zentimeter der Schneedecke.
Durch Nachtfrost entstand daraus die eisartige Schicht, auf der sich dann Neuschnee akkumulierte.
Die Aufnahmen vom 13. April lassen eine deutliche Verringerung der Porosität mit zunehmender
Schneetiefe erkennen. Gleichzeitig stieg der freie Wassergehalt deutlich an. In diesem Zusammenhang
ist es auffällig, dass sich die oben beschriebe Eisschicht vom 10. April deutlich verringerte. Offenbar
hatte das einsickernde Schmelzwasser das Eis teilweise aufgelöst.
Im deutlichen Kontrast zu den ähnlichen Ergebnissen der Untersuchungsbereiche A und B waren
im Bereich C deutlich mehr Eislinsen oder eisartige Schichten ausgebildet.
Kristallformen
Zu Beginn der Untersuchungen am 7. April lag einer sehr schmalen eisartigen Schicht eine unter
Tauwettereinwirkung stehende kompakte Neuschneebedeckung von ca. 3 bis 5 cm Mächtigkeit
auf. Dieser Schnee war erst in der Nacht zum 7. April gefallen. Im Gegensatz zur Kristallform der
übrigen Profilbereiche waren hier noch typische Formen der Schneekristalle vorhanden. Nach der
internationalen Klassifikation von Schnee konnten diese Kristalle als Unterarten der Stellar Kristalle,
in diesem Fall als drei- (P3b) und vierfach (P3c) verzweigte Kristalle angesprochen werden (LACHA-
PELLE 1992). Die nicht durch direkten Neuschnee gekennzeichneten weiteren Bereiche der Schneebedeckung
von Salmisuo konnten über den gesamten Untersuchungszeitraum als gerundete Eiskörner
klassifiziert werden, welche typischerweise unter Taueffekten aus Schneekristallen erwachsen
(COLBECK et al. 1990). Über den gesamten Verlauf der Schneeschmelze kam es zu einer Eiskristallumbildung
und einem Anwachsen des Kristalldurchmessers. Diese Kristallumbildung war der direkten
Schneeschmelze vorangestellt. Die feingliedrigen Schneekristalle wuchsen zu kleinen Eiskügelchen
an, welche zwar eine Kugelform besaßen, jedoch stark verbeult waren. Diese Eiskugeln wuchsen
mit der Zeit langsam bis zu einer Größe von 5 mm an. Spätestens ab dem 17. April waren die höchsten
Eiskristallgrößen erreicht, was sich in einer verstärkten Schneeschmelze widerspiegelte. Allerdings
waren die Korngrößen im unteren, schmelzwasserfreien Bereich der Schneedecke der Bereiche A und
B am 15. April schon mit ca. 4 bis 5 mm deutlich größer, als jene des Bereiches C (2 bis 3 mm). Dieser
Unterschied war zum 17. April ausgeglichen. Gleichzeitig nahm die Umwandlung von Eis in
Schmelzwasser zu.

6.3 RÄUMLICHE VARIABILITÄT DER SCHNEESCHMELZE
6.3.1 KLEINRÄUMIGE VARIABILITÄT
6 Ergebnisse
6.3 Räumliche Variabilität der Schneeschmelze
Der Abschmelzvorgang verlief über die Fläche verhältnismäßig homogen, solange noch keine
Bereiche der Moorvegetation freigelegt wurden. Einzig an den auf einzelnen Hummocks befindlichen
Bäumen kam es durch das schnellere Abtauen des Schnees um den Gehölzstamm zur Bildung von
schneefreien Trichtern, teilweise bis zur Vegetationsoberfläche.
Abb. 21: Dokumentation der Schneeschmelze, das Blickfeld (> 180°) wird zu beiden Seiten von dem geradlinig
verlaufenden Boardwalk begrenzt. 18.04.06: der „nasse“ Schnee bedeckt noch vollständig
das Moor, jedoch sind Tauerscheinungen erkennbar.; 23.04.06: die oberen Bereiche der
Hummocks sind frei von Schnee, Schmelzwasserbereiche ohne Schnee sind sichtbar; 24.04.06:
es bilden sich Spuren eines langsamen, WNW gerichteten Schmelzwasserflusses heraus;
25.04.06: nur noch einzelne Inseln von Schnee an Stellen ohne direkten Kontakt zum abfließenden
Schmelzwasser; 26.04.06: der Schnee im Abflussbereich des Schmelzwassers ist vollständig
verschwunden, der Wasserspiegel sinkt langsam ab. Die Schneeschmelze im Bereich der Konzentrationsmessungen
endete am 27. April, der letzte Schnee im gesamten Moor Salmisuo war
am 01. Mai geschmolzen.
Der zeitliche Verlauf der Schneeschmelze ist hinsichtlich der Freilegung der Moorvegetation in
Abb. 21 veranschaulicht. Bei den baumbestandenen Hummocks taute die an den Stamm angrenzende
Vegetation ca. zwei Tage schneller aus als bei jenen ohne aus dem Schnee hervortretenden Gehölzen.
45

6 Ergebnisse
6.3 Räumliche Variabilität der Schneeschmelze
Hummocks waren somit die ersten schneefreien Bereiche des Moores. Flark- und Lawnbereiche waren
auch nach Abtauen der Schneedecke von Schmelzwasser bedeckt.
6.3.2 GROSSRÄUMIGE VARIABILITÄT
Die Hummocks des zentralen Bereiches, in dem auch der Footprintbereich (Einflussbereich)
der Eddykovarianzmessstation liegt, tauten ein, spätestens zwei Tage nach denen im Bereich der Methanmessungen
aus. Ab diesem Zeitpunkt verstärkten sich die Unterschiede der Schneeschmelzgeschwindigkeit
zwischen diesen Bereichen. Das über den Schmelzzeitraum in der Schneedecke angesammelte
Schmelzwasser bewegte sich dann entlang dem Gefälle in nordwestlicher und später nördlicher
Richtung zum Rand des Moores hin. Am 23. April wurde dieses Verhalten erstmals in den Laufwegen
zu den Standorten der Konzentrationsprofilmessungen beobachtet. Durch die Verdichtung des
Schnees auf diesen Laufbahnen war dieser immer ca. 10 cm tiefer als die unbeeinflusste Schneeoberfläche.
Daher konnte die langsame Bewegung des Schmelzwassers in den z. T. überströmten Laufpfaden
beobachtet werden.
Der Schmelzwasserabfluss ist auch aus den Luftbildern in Abb. 22 ersichtlich. Erste Andeutungen
des Schmelzwasserstromes sind in der Aufnahme vom 23. April deutlich zu erkennen. Im weiteren
Verlauf der Schneeschmelze sieht man in den zeitlich folgenden Photographien den verstärkenden
Einfluss des abfließenden Schneeschmelzwassers auf die Taugeschwindigkeit der Schneedecke.
Dieser Schmelzwasserstrom führt zu einem verstärkten Tauen des Schnees in den betroffenen Bereichen.
Zeitlich fortgeschritten, nun ohne Schneebedeckung offen liegend, erodierte das abfließende
Schmelzwasser zudem weitere Teile der restlichen Schneedecke. Am linken Rand der Photos in Abb.
22 befindet sich eine Waldinsel auf mineralischem Untergrund. Diese führte zur Beschattung des
angrenzenden Moorbereichs. Zwischen dieser und der weiter westlich gelegenen Waldinsel befindet
sich eine Wasserscheide für das Schmelzwasser. Trotz fehlender Beschattung taute die hier befindliche
Schneedecke wesentlich später ab, was wiederum auf den fehlenden Einfluss des abfließenden
Schmelzwassers zurückzuführen ist.
Ein Unterschied des Austauens von Flark und Lawnbereichen war kaum feststellbar, es bestahen
allerdings weiterhin räumliche Unterschiede zwischen diesen Standorten im zentralen Bereich
(Footprint der Eddykovariansstation) und den Schmelzwasserabflussbahnen sowie den Randbereichen
des Moores. Somit besaßen vor dem Schmelzwasserabfluss geschützte Bereiche eine geringfügig
längere Schneetauperiode.
46

6 Ergebnisse
6.3 Räumliche Variabilität der Schneeschmelze
Abb. 22: Schrägbildaufnahmen des Schmelzwasserabflusses in Salmisuo; A-C: Bereiche der Methanemissionsmessungen
im Schnee; Aufnahmewinkel der Bilder ist schwankend, Aufnahmehöhe zwischen
200 und 250 m über der Mooroberfläche.
47

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
6.4 METHANKONZENTRATIONEN IN UND METHANFLÜSSE DURCH DIE SCHNEE-
BEDECKUNG IN SALMISUO
6.4.1 METHANKONZENTRATIONSGRADIENTEN IN DER SCHNEEDECKE
Die Ergebnisse der Konzentrationsgradientenmessungen für Methan in der Schneedecke von
Salmisuo während der Schneeschmelzperiode des Frühjahrs 2006 werden in den Abb. 23-1 (Lawn-
Standorte) und Abb. 23-2 (drei Hummock- und ein Flark-Standort) dargestellt.
Die Methankonzentrationen waren meistens an der Schneeoberfläche mit Werten zwischen 1,7
und 1,85 ppm am niedrigsten und nahmen mit größerer Schneetiefe zu. Dieser Konzentrationsanstieg
mit zunehmender Tiefe war nur am 7. April an der Mehrzahl der Standorte angenähert linear. An drei
Standorten, dem Lawn B1 (Abb. 23-1), dem Hummock B3 sowie dem einzigen aufgenommenen
Flark C1 (Abb. 23-2), wurden jedoch auch am 7. April deutlich nichtlineare Gradienten gemessen.
Nach verstärktem Einsetzen der Schneeschmelze ab dem 10. April waren die Methankonzentrationsgradienten
fast immer deutlich nichtlinear mit deutlich erhöhten Methankonzentrationen in den
tiefstgelegenen Schneelagen.
Der höchste Konzentrationsanstieg am 7. April wurde in der Schneeüberdeckung des Hummocks
B3 festgestellt, wobei dieser nicht über das gesamte Profil linear verlief. Der tiefste Messpunkt
bei -50 cm zeigte eine Methankonzentration von nahezu 12,9 ppm CH4, welche deutlich höher lag als
vom Konzentrationsgradienten der darüber liegenden Messpunkte zu vermuten war (Abb. 23-2). Dieser
Messwert hätte den Standardfehler des berechneten linearen Anstiegs sehr stark erhöht und wurde
deshalb nicht in die Berechnung der Regressionsgeraden zur Flussbestimmung einbezogen. Ähnlich
verhielt es sich bei dem Lawn B1 (Abb. 23-1). Dieser zeigte zwischen dem tiefstgelegenen Probenentnahmepunkt
von -49 cm und dem Probenentnahmepunkt von -40 cm einen Konzentrationssprung
von 0,7 ppm CH4 über 9 cm, während die Messungen in den geringeren Schneetiefen darüber nur
einen Konzentrationsanstieg von 0,2 ppm CH4 über 40 cm Schneetiefe aufwiesen.
Eine Besonderheit stellten die Untersuchungsergebnisse des Flarks C1 für die Messungen zu
Beginn der Abschmelzperiode dar. Am 7. April war hier ein mit der Tiefe abnehmender Konzentrationsgradient
von der Schneeoberfläche zur Basis feststellbar.
Allen Untersuchungsstandorten gemeinsam war der deutliche Rückgang der Methankonzentrationen
innerhalb der oberen Bereiche der Schneedecke am 10. April. Zudem bildete sich eine
Schmelzwasserschicht in dem Schneeporenraum des liegenden Bereiches der Schneedecke. Damit
waren keine Messungen direkt an der Schneebasis mehr möglich und die tiefstgelegenen Probennahmen
erfolgten direkt über dieser Wasserschicht. Im Gegensatz zu den jeweiligen, in geringerer
Schneetiefe entnommenen Proben, wiesen die Untersuchungen der Porenluft direkt über der Wasserschicht
eine deutlich höhere Methankonzentration auf. Folglich konnten an diesem Untersuchungstag
keine linearen Anstiege mehr über die gesamte Profilhöhe berechnet werden.
Eine Besonderheit stellte wiederum der Konzentrationsgradient in der Schneedecke des Flarks
C1 am 10. April dar. Hier wurde in 10 cm Tiefe eine von allen anderen Messwerten deutlich abweichende
Konzentration von ca. 2,3 ppm CH4 ermittelt. Der über die restlichen Messpunkte dieses Ta-
48

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
ges berechnete Mittelwert liegt jedoch bei 1,86 ppm CH4, bei einer Standardabweichung von nur 0,02
ppm CH4. Von der Berechnung eines linearen Anstiegs als Grundlage der Flussbestimmung wurde
abgesehen, da einerseits kein Hinweis eines Messfehlers für die Konzentrationsbestimmung der 10cm
Probe gegeben war und dieser Wert somit nicht vernachlässigt werden durfte. Andererseits war
keine gerichtete Abnahme der Methankonzentrationen nach entweder oben oder unten gegeben.
Mit den Messungen vom 13. April wurden in den beprobten Schneeprofilen wieder höhere Methankonzentrationen
über die gesamte Schneehöhe, insbesondere aber direkt über der Schmelzwasserschicht,
bestimmt. Dieser Trend setzte sich, mit einem für die einzelnen Standorte unterschiedlichen
Ausmaß, bis zum kompletten Abtauen des Schnees fort. Dabei traten deutliche Unterschiede
zwischen den einzelnen Standorten auf. Diese Unterschiede wurden nicht nur zwischen den verschiedenen
Vegetationsformen festgestellt, sondern waren auch innerhalb dieser beträchtlich. So waren die
Methankonzentrationen des Lawns B1 über den gesamten Messzeitraum durchweg deutlich niedriger
als jene der anderen Lawn-Standorte (Abb. 23-1). Lediglich ein am 17. April besonders hoher Wert
der Methankonzentration über der Schmelzwasserschicht von 20 ppm trat dieser Aussage entgegen.
Der diesem Standort nächstgelegene Lawn B2 wies am selben Tag mit 27 ppm ebenso außergewöhnlich
hohe Methankonzentrationen über der Schmelzwasserschicht auf.
Die Variabilität der Hummocks zwischen den Parallelen und über die Zeit verhielt sich vergleichbar
der Variabilität der Lawns. Dabei waren die maximalen Methankonzentrationen jedoch
meist niedriger als auf den Lawns (vgl. Abb. 23-1 und Abb. 23-2 sowie Abb. 24-1 und Abb. 24-2).
Der Hummock A3 zeichnete sich durch geringere Methankonzentrationen als die Hummocks B3 und
C3 aus. Auf dem Flark C1 konnten nur am 15. April und 17. April deutliche Konzentrationsgefälle
mit zur Basis des Schnees ansteigenden Methankonzentrationen festgestellt werden.
49

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
50
Schneetiefe (cm)
Schneetiefe (cm)
Schneetiefe (cm)
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
A1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
CH -Konzentration (ppm)
4
B1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 25 30
CH -Konzentration (ppm)
4
C2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
CH -Konzentration (ppm)
4
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
A2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
CH -Konzentration (ppm)
4
B2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 25 30
CH -Konzentration (ppm)
4
07.04.2006
10.04.2006
13.04.2006
15.04.2006
17.04.2006
19.04.2006
21.04.2006
Abb. 23-1: Methankonzentrationen in der Schneedecke aller analysierten Lawn-Standorte vom 7. April
bis 21. April 2006 in Salmisuo; A1-C2: jeweiliger Untersuchungsstandort; Symbole: Methankonzentrationen
in entsprechender Schneetiefe an den verschiedenen Messtagen; Linien: aus den
Konzentrationsmessungen berechnete lineare Regressionsgeraden, die für die Berechnung der
Methanflüsse verwendet wurden. Die Regressionsgeraden enden in der Tiefe an dem Punkt, der
als tiefstgelegener in die Berechnung der Regressionsgeraden einfloss.

Schneetiefe (cm)
Schneetiefe (cm)
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
Schneetiefe (cm)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
CH -Konzentration (ppm)
4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
CH -Konzentration (ppm)
4
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
C1
A3
0
B3
-5
C1
1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6
CH -Konzentration (ppm)
4
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
1 2 3 4 5 6 7 8 9 13 14
CH -Konzentration (ppm)
4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
CH -Konzentration (ppm)
4
07.04.2006
10.04.2006
13.04.2006
15.04.2006
17.04.2006
19.04.2006
21.04.2006
Abb. 23-2: Methankonzentrationen in der Schneedecke der analysierten Humock- (A3, B3, C3) und des
Flark- (C1) Standortes vom 7. April bis 21. April 2006 in Salmisuo; A3-C3 & C1: jeweiliger Untersuchungsstandort;
Symbole: Methankonzentrationen in entsprechender Schneetiefe an den
verschiedenen Messtagen; Linien: aus den Konzentrationsmessungen berechnete lineare Regressionsgeraden,
die für die Berechnung der Methanflüsse verwendet wurden. Die Regressionsgeraden
enden in der Tiefe an dem Punkt, der als tiefstgelegener in die Berechnung der Regressionsgeraden
einfloss.
C3
51

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
6.4.2 METHANKONZENTRATIONEN AN DER SCHNEEBASIS
An jedem Untersuchungsstandort wurden einschließlich der Konzentrationsgradientenbestimmung
je drei Proben an der Schneebasis direkt über der Schmelzwasserschicht entnommen (vgl. Kapitel
5.3.2). Die daraus für jeden Vegetationsstandort ermittelten Mittelwerte mit den entsprechenden
Standardabweichungen können Abb. 24-1 für die Lawns und Abb. 24-2 für die Hummocks sowie
dem Flark C1 entnommen werden. Somit wird deutlich, dass, neben der Heterogenität zwischen den
Vegetationsformen und den Unterschieden innerhalb der Parallelen von Hummocks und Lawns, zudem
eine erhebliche Schwankungsbreite innerhalb der einzelnen Untersuchungsstandorte, also innerhalb
von Distanzen von wenigen Dezimetern, existiert. Dennoch konnte ein grundlegender Trend
beschrieben werden. Dieser war charakterisiert durch, für Salmisuo typische Methankonzentrationen
(pers. Mitteilung SANNA SAARNIO, Universität Joensuu 2006) an der Schneebasis zum Ende des Winters
und zu Beginn der Schneeschmelze am 7. April. Die Mittelwerte der tiefsten Konzentrationsmessungen
brachen nachfolgend zum 10. April ein und wiesen im Gesamtbild die niedrigsten Konzentrationen
auf. Mit fortschreitender Tauperiode stieigen die Methankonzentrationen wieder an und sanken
zum Ausklang der Schneeschmelze zusammen mit der nun geringeren Schneedecke wieder ab.
Ebenso war ein genereller Trend der Varianzen zu erkennen. Zu Beginn, am 7. April, waren diese
noch moderat und werden ebenfalls zum 10. April deutlich geringer (Abb. 24-1 und Abb. 24-2). Mit
fortschreitender Tauperiode stiegen die Varianzen der Methankonzentrationen der Probennamebasis
des Schnees wieder an. Dabei erreichten die Varianzen in der Gesamtbetrachtung am 17. April ihre
höchsten Werte, um mit dem Ende der Schmelzperiode auf Grund der nun geringen Schneemächtigkeit
und fehlender Diffusionsbarrieren abzunehmen (vgl. Abb. 20-2). Der beschriebene grundlegende
Trend beinhaltete allerdings große zeitliche wie auch räumliche Variabilitäten. Dabei unterschieden
sich die Messdaten der Hummocks und des Flarks von denen der Lawns. Aber auch innerhalb der
Vegetationsformen zeigten sich deutliche Unterschiede.
Die Lawns waren durch teilweise stark heterogene Maximalkonzentrationen geprägt. Zu Beginn
der Schmelzphase am 7. April schwankten deren Methankonzentrationen zwischen 4 und 9,5 ppm
CH4, bei einer geringen Varianz (mit Ausnahme des Lawns A2) innerhalb der jeweiligen Untersuchungsstandorte.
Die Konzentrationen und Standardabweichungen verringerten sich zum 10. April.
Das Absinken fiel aber im Vergleich zu den Hummocks geringer aus. Dafür stiegen mit fortschreitender
Tauperiode die Mittelwerte der Konzentrationen an, wobei eine hohe zeitliche Variabilität zwischen
den einzelnen Untersuchungsterminen vorherrschte. Die Standorte A2 und B2 besaßen schon
am 13. April deutlich höhere Konzentrationen, während die restlichen Lawns am 15. bzw. 17. April
folgten. Die geringsten Konzentrationen wies dabei der Lawn A1 auf, welcher über die Auftauperiode
auch die geringsten Konzentrationen in der restlichen Schneedecke hatte (ausgenommen des 15. Aprils,
vgl. Abb. 23-1). Bis auf den Mittelwert der Konzentrationen von 17,5 ppm am 17. April waren
sich die Messwerte des Lawns C2 eher gering. Im Vergleich der Lawns war ein hoher Schwankungsbereich
der Variabilitäten der Methankonzentrationen der einzelnen Messpunkte auffällig. Während
die Messwerte des Lawns A1 eher geringe Varianzen aufwiesen, so waren diese bei den anderen Untersuchungspunkten
teilweise deutlich höher. Zum Ende der Tauperiode sanken die Mittelwerte, wo-
52

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
bei die Varianzen z. T. am größten wurden. Insgesamt wiesen die Lawns sowohl zueinander, als auch
am einzelnen Untersuchungsstandort, deutlich heterogene flächenhafte Verhältnisse bezüglich der
tiefstgelegenen Konzentrationsmessungen in der Schneedecke auf.
CH 4 Konzentration (ppm)
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Lawn A1
Lawn A2
Lawn B1
Lawn B2
Lawn C2
07.04 09.04 11.04 13.04 15.04 17.04 19.04 21.04
Datum
Abb. 24-1: Lawn-Standorte: Methankonzentrationen des tiefsten Messpunktes der Konzentrationsgradientenmessung
im Verlauf der Schneeschmelze; die Fehlerbalken repräsentieren die Standardabweichungen
der Mittelwerte.
CH 4 Konzentration (ppm)
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Hummock A3
Hummock B3
Hummock C3
Flark C1
07.04 09.04 11.04 13.04 15.04 17.04 19.04 21.04
Datum
Abb. 24-2 : Hummock- und Flark-Standorte: Methankonzentrationen des tiefsten Messpunktes der
Konzentrationsgradientenmessung im Verlauf der Schneeschmelze, die Fehlerbalken repräsentieren
die Standardabweichungen der Mittelwerte.
53

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
Die Hummocks hatten zu Beginn der Schmelzperiode eine höhere Varianz der Messwerte als
die Lawns. Diese verringerte sich dann in Zusammenhang mit den Konzentrationsmesswerten zum
10. April recht deutlich. Mit der fortschreitenden Tauperiode stiegen die Mittelwerte und die Varianzen
der Konzentrationen wieder an (vgl. Abb. 24-2). Dabei schien es eine positive Korrelation der
Größe des Mittelwertes der Methankonzentration und der jeweiligen Standardabweichung zu geben.
Jedoch bestand auch hier ein Unterschied im zeitlichen Verlauf der Konzentrationswerte innerhalb
der untersuchten Hummocks. Die geringsten Methankonzentrationen aller Profilmessungen des
Hummocks A3 spiegelten sich ebenfalls in niedrigen Mittelwerten der tiefsten Konzentrationsmessungen
dieses Untersuchungspunktes wieder. Erst zum Ende der Messperiode stiegen diese Konzentrationen
wieder deutlicher an (vgl. Abb. 23-2).
6.4.3 AUS KONZENTRATIONSGRADIENTEN BERECHNETE METHANFLÜSSE
Mittels der Konzentrationsgradientenmethode wurden die Methanflüsse an ausgewählten
Standorten des Moores Salmisuo während der Auftauphase im Frühjahr 2006 ermittelt. Die Ergebnisse
sind nach den untersuchten Vegetationsformen getrennt für Lawns in Abb. 25 und für Hummocks
sowie einen Flark in Abb. 26 dargestellt. Der mittels Fehlerfortpflanzung bestimmte Standardfehler
jeder einzelnen Flussberechnung ist ebenso abgebildet. Fehlende Standardfehler (19. und 21.
April) sind eine Folge zu geringer Schneemächtigkeit über dem schmelzwassergesättigten Porenraum.
So konnten nicht ausreichend Proben für die Berechnung des Standardfehlers der Residuen der jeweiligen
linearen Regression gewonnen werden.
54
CH 4 -Fluss (mg h -1 m -2 )
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Lawn A1
Lawn A2
Lawn B1
Lawn B2
Lawn C2
07.04 09.04 11.04 13.04 15.04 17.04 19.04 21.04
Datum
Abb. 25: Methanflüsse der Lawnstandorte (A1, A2, B1, B2, C2) während der Schneeschmelze in Salmisuo;
Symbole: Methanflüsse, ermittelt mit der Konzentrationsgradientenmethode; Fehlerbalken
geben den Standardfehler (inkl. Fehlerfortpflanzungsrechnung) wieder; ist kein Fehlerbalken
vorhanden, war die Schneemächtigkeit zu gering um ausreichend Messungen durchzuführen, um
den Standardfehler zu bestimmen.

CH 4 -Fluss (mg h -1 m -2 )
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
Hummock A3
Hummock B3
Hummock C3
Flark C1
07.04 09.04 11.04 13.04 15.04 17.04 19.04 21.04
Datum
Abb. 26: Methanflüsse der Hummockstandorte (A3, B3, C3) und des Flarkrstandortes (C1) während der
Schneeschmelze in Salmisuo; Symbole: Methanflüsse, ermittelt mit der Konzentrationsgradientenmethode;
Fehlerbalken geben den Standardfehler (inkl. Fehlerfortpflanzungsrechnung) wieder;
ist kein Fehlerbalken vorhanden, war die Schneemächtigkeit zu gering um ausreichend Messungen
durchzuführen, um den Standardfehler zu bestimmen.
Zu Beginn der Messungen am 7. April wiesen die untersuchten Lawns eine große Schwankungsbreite
an Methanflüssen durch die Schneedecke auf. Der Lawn B1 emittierte dabei mit 0,01 mg
CH4 pro Quadratmeter und Stunde am geringsten. Dieser Untersuchungsstandort war durch deutlich
geringere Methankonzentrationen in der Schneedecke gekennzeichnet. Einzig der tiefste Messpunkt
der Gradientenmethode lieferte eine davon abweichende höhere Methankonzentration, die allerdings
aus selbigem Grund nicht in die Flussberechnungen einfließen konnte. Der höchste Fluss unter den
Lawn-Standorten war an diesem Tag mit 0,31 mg CH4 m -2 h -1 jener des Lawns B2. Die Berechnung
der Methanflüsse des folgenden Messtages am 10. April ließ eine deutliche Verringerung der Emissionen
dieses Gases aus den Untersuchungsstandorten erkennen. Während die Lawns A1, A2 und C2
mit ca. 0,0025 mg CH4 m -2 h -1 kaum emittierten, wiesen die Standorte B1 und B2 noch deutlichere
Methanflüsse auf. Nach den signifikant geringeren Flüssen dieses Messtages stiegen die Flüsse der
Lawns am 13. April wieder an. Der Standort B1 wies im Gegensatz zu den anderen Lawns einen Anstieg
der Emissionsleistung vom 7. bis zum 13. April auf. Die Methanflüsse der anderen Lawns erreichten
dagegen nicht die Ausmaße, welche noch für den Beginn des Untersuchungszeitraumes berechnet
werden konnten. Am 15. April zeigte sich ein differenziertes Bild. Während die Emissionsleistungen
aller anderen Untersuchungsstandorte der Lawns auf Werte unter jenen des 10. April zurückgingen,
emittierte B2 mit 0,34 mg CH4 m -2 h -1 wesentlich mehr Methan. Dieser Wert stellte auch
das Maximum der berechneten Lawn-Flüsse dar. Zwei Tage später waren hier wieder wesentlich geringere
Flüsse vorhanden, während die der anderen Lawns einen, teils deutlichen, Anstieg aufwiesen.
Zum Ende der Schneeschmelzperiode am 19. April stieg die Emission des Lawns B1 auf über
0,2 mg CH4 m -2 h -1 , was für diesen Standort den Maximalwert darstellte. Bis auf den gleich hohen
55

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
Fluss des Lawns A2 sanken die Methanemissionen der anderen Standorte im folgenden Verlauf wieder.
Am 21. April konnte nur noch eine Konzentrationsgradientenmessung am Lawns C2 durchgeführt
werden. Diese ergab einen Fluss von 0,06 mg CH4 m -2 h -1 .
Die Standardfehler der Methanflüsse für alle Lawns waren am Beginn der Messkampagne gering.
Mit fortscheitender Schneeschmelze nehmen die Variabilitäten der einzelnen Profilkonzentrationen
zu, was teilweise zu höheren Standardfehlern führt. So waren die Standardfehler der Flüsse der
Lawns A2, B1 und B2 am 13. April sowie A2, B2 und C2 am 17. April im Vergleich zu anderen Emissionswerten
höher. Jedoch befinden sie sich mit Größen bis zu 0,4 mg CH4 m -2 h -1 noch unter den
höchsten Standardfehlern der Hummocks. Die Standardfehler des Lawns A1 waren über die gesamte
Messperiode deutlich geringer. An diesem Standort wurden auch keine so starken Schwankungen
bezüglich der Methankonzentrationen über der Mooroberfläche, respektive der Schmelzwasserschicht
festgestellt (vgl. Abb. 24-1). Ein gewisser Zusammenhang zwischen dem Standardfehler der Methanflüsse
und der Variabilität der am tiefsten Messpunkt der Konzentrationsgradientenprofile festgestellten
Methankonzentration schien Lawn B2 am 13. April zu verdeutlichen. Der hohe Fluss wies einen
vergleichbar geringen Standardfehler auf. Auch war die Varianz der Methankonzentrationen des tiefsten
Profilmesspunktes an diesem Tag geringer als an anderen Messtagen der Schneeschmelzperiode.
Durch das Abschmelzen der Schneeschicht konnten jeweils am letzten Messtag eines jeden Lawns
keine Standardfehler mehr berechnet werden, da auf Grund der nur noch geringen schmelzwasserfeien
Schneedecke nicht ausreichend Gasproben entnommen werden konnten.
Die anderen Lawns emittierten am 13. April zwar etwas mehr Methan, jedoch war erst zum 15.
April bei B3 und zum 19. April bei A3 eine deutliche Steigerung der Methanflüsse festzustellen. Während
die Emissionsleistungen von B3 bis zum Ende der Messperiode leicht rückläufig waren, emittierte
A3 am 17. April mit nur 0,026 mg CH4 m -2 h -1 vergleichbar wenig Methan, wie alle Hummocks am
10. April.
Die berechneten Methanflüsse der untersuchten Vegetationsformen Hummock waren von ihrem
Trend her mehr oder weniger mit jenem der Lawns vergleichbar. Zu Beginn der Messungen wurde
eine hohe Varianz der Emissionsleistungen nachgewiesen. Die Messwerte mit 0,44 mg CH4 m -2 h -1
bzw. 0,22 mg CH4 m -2 h -1 der Emissionsleistungen von B3 und C3 zum 7. April waren gleichzeitig die
höchsten der Schneetauperiode dieser Vegetationsformen. Auch bei den Hummocks stellten sich minimale
Flüsse am 10. April ein. Diese waren im Vergleich mit jenen der Lawns an diesem Messtag
jedoch von ihrer Varianz geringer (vgl. Abb. 27). Nach diesem deutlichen Ereignis geringer Flüsse
verliefen die Emissionstrends der Hummocks insgesamt etwas homogener als jene der Lawns. Jedoch
sind auch hier Unterschiede zwischen den einzelnen Untersuchungsstandorten feststellbar. Die Flüsse
des Hummocks C3 waren am 13. April mit 0,15 mg CH4 m -2 h -1 wieder deutlich angestiegen und wurden
dann bis zum 19. April stetig geringer. Einzig am letzten Messtag dieses Standortes (am 21. April)
stiegen die Flüsse wieder an. Am selbigen Tag reichte die Mächtigkeit der schmelzwasserunbeeinflussten
Schneedecke gerade aus, um ausreichend Messungen für das der Flussberechnung zu Grunde
liegende Regressionsmodell durchzuführen.
56

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
Die Standardfehler der Hummocks waren zu Beginn der Tauperiode größer als jene der Lawns.
Dabei waren die Standardfehler der einzelnen Hummocks im Größenvergleich sehr heterogen. Im
Verlauf der Schneeschmelze zeigten B3 und C3 vereinzelt größere Standardfehler, jedoch nur bei
Flüssen über 0,1 mg CH4 m -2 h -1 . Mit Ende der Schneeschmelze war die Mächtigkeit der Schneedecke
bei den Hummocks, wie auch dem Flark C1 zu gering, um Ausreichend Messungen für die Angabe
eines Standardfehlers durchführen zu können.
Teilweise deutlich verschieden von den Emissionen der schon beschriebenen Vegetationsformen
verhielten sich die Emissionsleistungen von Methan am Untersuchungsstandort des Flarks C1.
Zu Beginn der Messungen konnte für diesen am 7. April sogar mit -0,01 mg CH4 m -2 h -1 ein leicht
negativer Fluss berechnet werden. Hier kam es, auf Grund geringer Methankonzentrationen im gesamten
Schneeprofil und im Vergleich dazu höherer Konzentration in der Luftschicht direkt über der
Schneeschicht, zu einer Diffusion von Methan aus der Atmosphäre in den Porenraum des Schnees.
Diese Situation wurde von der kesselartigen (morphologischen) Dellenposition der Schneeoberfläche
über dem Flark C1 begünstigt (vgl. Kapitel 6.2.1). Dieses, doch recht unerwartete Ergebnis, trat auch
bei einer Haubenmessung des Flarks HF in direkter Nachbarschaft zum Untersuchungsstandort C1
auf (vgl. Kapitel 6.4.5). Für den 10. April konnten für den Flark C1 keine Methanflüsse berechnet
werden. Die Messungen des Konzentrationsgradienten wiesen an diesem Tag im Profil keine gerichtete
Zu- oder Abnahme der Methankonzentration in Richtung Schneeoberfläche auf (vgl. Kapitel
6.4.1). Am 13. April konnten wieder mit hoher Genauigkeit Methanemissionen nachgewiesen werden.
Allerdings war die Emissionsleistung mit 0,011 mg CH4 m -2 h -1 an diesem Tag die geringste aller
Flussberechnungen aus den Konzentrationsgradientenmessungen. Am 15. April stiegen die Methanemissionen
auf 0,5 mg CH4 m -2 h -1 an und sanken im Verlauf der folgenden beiden Messtage wieder
ab. Die Standardfehler der Flussberechnungen für den Flark waren meist sehr gering.
In Abb. 27 sind alle berechneten Methanflüsse nach ihren jeweiligen Vegetationsformen als Tagesmittel
mit den entsprechenden Standardabweichungen abgebildet. Die Standardabweichungen
zwischen den Parallelen innerhalb der einzelnen Vegetationsformen waren dabei immer, teilweise
drastisch, höher als die Standardfehler der einzelnen Messungen. Die Methanflüsse unterschieden sich
innerhalb der Parallelen ein und derselben Vegetationsform deutlicher, als die Einzelmessungen nach
Fehlerfortpflanzungsrechnung mit Ungenauigkeiten gekennzeichnet waren. Da keine weiteren Mikrostandorte
des Typs Flark untersucht wurden, können diese Aussagen nicht von dem einzigen Flark
C1 aus verallgemeinert werden.
57

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
58
CH 4 -Fluss (mg h -1 m -2 )
0,45
55
0,40
50
0,35
45
0,30
40
Schneehöhe /
35
0,25
30
0,20
25
0,15
20
15
0,10
10
0,05
Schmelzwasserhöhe
5
0,00
0
(cm)
07.04. 09.04. 11.04. 13.04. 15.04. 17.04. 19.04. 21.04.
Datum
Abb. 27: Methanflüsse nach Vegetationsformen (gemittelt); blauer Kreis: Flark, rote Dreiecke: Lawns,
schwarze Vierecke: Hummocks; Fehlerbalken geben die Standardabweichung der Parallelen
wieder; grüne gestrichelte Linie: Schneehöhe, blaue gepunktete Linie: Schmelzwasserhöhe.
Zusätzlich zu den gemittelten Flüssen zeigt Abb. 27 das Abtauen der Schneeschicht sowie den
steigenden Schmelzwasserpegel innerhalb des Porenraumes der Schneedecke. Deutlich erkennbar ist
das Zusammentreffen der ersten flächenhaften Ausbreitung des Schmelzwassers an der Basis der
Schneedecke und der deutlichen Verringerung der Methanemissionen aller Untersuchungsstandorte.
Während zu Beginn der Messperiode die Hummocks deutlich mehr Methan emittierten und dabei
eine größere Varianz in der Fläche aufwiesen, verliefen die berechneten Emissionsleistungen nach
dem 10. April relativ gleichmäßig. Dabei ereichten die Emissionen dieser Vegetationsformen nicht
mehr jene vom Beginn der Messperiode. Während die gemittelten Methanflüsse der Lawns zwischen
dem 13. und 21. April anfangs geringfügig ansteigen und dann wieder absinken, schwanken die gemittelten
Emissionsleistungen der Hummocks stärker. Auffällig ist außerdem, dass die flächenhafte Variabilität
der Flüsse der Lawns dabei, im Gegensatz zum Beginn der Messungen, größer als die der
Hummocks ist. Der Verlauf der Methanemissionen des Flarks in Abb. 27 ist dabei identisch mit jenem
aus Abb. 26.
Die aus den Konzentrationsgradienten berechneten Methanemissionen wurden auf Zusammenhänge
mit anderen Umweltparametern hin untersucht. Die Temperaturen innerhalb der Schneedecke,
welche zeitnah zu den Gasprobennahmen bestimmt wurden, wiesen eine deutliche Homogenität
auf und waren in keiner Weise mit den Methanflüssen korreliert. Auch konnte kein Zusammenhang
zwischen dem atmosphärischen Luftdruck wie auch den Windgeschwindigkeiten und der Windrichtung
und den Methanemissionen festgestellt werden. Ebenso verhielt es sich mit der atmosphärischen
Lufttemperatur, die über den Zeitraum der Messungen sehr variabel war.
60

6.4.4 ERGEBNISSE DER HAUBENMESSUNGEN
6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
Während der Schneeschmelzperiode wurde das Hauptaugenmerk auf die Untersuchung der
Methanemissionen durch die Schneedecke mittels der Konzentrationsgradientenmethode gesetzt.
Zusätzlich wurden über diesen Zeitraum insgesamt bis zu drei Haubenmessungen durchgeführt.
Die Ergebnisse der Haubenkonzentrationsmessungen sind in Abb. 28 (Haubenmessung des
Flarks HF im Untersuchungsbereich C) und Abb. 29 (Haubenmessungen der Lawnstandorte HA und
HB in den Untersuchungsbereichen A und B) dargestellt. Die kontinuierlichste Messreihe erfolgte im
Zeitraum zwischen dem 10. und 24 April auf dem Flark HF des Untersuchungsbereiches C (vgl. Abb.
28). Am 10. April konnte eine leichte Abnahme der Methankonzentration in der Haube festgestellt
werden. Die entsprechende Messung erfolgte zum frühen Abend (Haubenaufsatzzeit 17:30 Uhr) unter
geringer Windgeschwindigkeit und stabilen atmosphärischen Bedingungen. An den folgenden
Messtagen stieg die Methankonzentration während der Messungen immer an. Dabei weichen einzelne
Messwerte teilweise deutlicher von der linearen Regression ab und es kommt zu deutlich unterschiedlichen
Konzentrationsanstiegen innerhalb einer Messung (v. a. die Messungen des 13., 17., und 19.
Aprils). Jedoch waren die Standardfehler der Residuen kleiner als der festgelegte Grenzwert von 0,3
ppm, um die Messungen als Grundlage einer Flussberechnung zu verwerfen. Ab dem 21. April stiegen
die Methankonzentrationen innerhalb der Hauben schneller über die Zeit an. Dieser Anstieg war
am letzten Messtag, dem 24. April, am größten.
Die in Abb. 29 dargestellten Methankonzentrationen aus den Haubenmessungen der beiden
Lawns wurden über einen kürzeren Zeitraum aufgenommen (HB: 17. – 21. April und HA 15. – 21
April). Auch für diese Standorte wurden am 21. April nur je zwei Konzentrationsmessungen durchgeführt.
Deutliche Abweichungen der einzelnen Konzentrationsmesspunkte von den für die Flussberechnungen
genutzten linearen Regressionen wies die Messung vom 17. April am Untersuchungsstandort
Lawn HB auf. Im Gegensatz zu ähnlich hohen Abweichungen der Messungen des Flarks HF
stieg die Konzentration bei dem angesprochenen Lawn erst gegen Ende der Messung deutlich an. Die
Messung des Lawns HB vom 15. April wies einen geringen Anstieg auf. Dieser war mit jenen des
Flarks HF im Zeitraum vom 13. bis 19. April vergleichbar. Die Messung beider Lawns vom 17. April
wies einen, wenn auch geringfügig, höheren Anstieg der Konzentration über die Messzeit auf. Dieser
Trend verstärkte sich in den beiden folgenden Messtagen deutlich. Die Konzentrationsanstiege von
Methan über die Zeit waren für beide Lawns am 21. April am höchsten. Während der Flark HF am
24. April noch eine geringe Schneedecke aufwies und der für die Messung notwenige Rahmen weiterhin
einen Dichteschluss über die Messung gewährleistete, zeigte sich bei beiden Haubenmesspunkten
der Lawns ein anderes Bild. Durch den langsamen Abfluss des Schmelzwassers aus dem Moor waren
diese Untersuchungsbereiche stärkeren Schmelzprozessen unterworfen. Dies führte zum einen zu
einem teilweise völligen Abschmelzen des Schnees und zum anderen zu einem verstärkten Schmelzen
der Moorwassereisschicht, welche sonst das Einsinken der Metallrahmen in das Moor verhinderte.
Die Rahmen standen so nicht mehr annähernd waagerecht im Moor und deshalb konnte der Luftabschluss
mittels der Wasserschiene der Rahmen nicht mehr gewährleistet werden (vgl. Kapitel 5.3.3).
59

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
60
CH 4 -Konzentration (ppm)
CH 4 -Konzentration (ppm)
CH 4 -Konzentration (ppm)
CH 4 -Konzentration (ppm)
2,20
2,15
2,10
2,05
2,00
1,95
1,90
1,85
1,80
2,20
2,15
2,10
2,05
2,00
1,95
1,90
1,85
1,80
2,20
2,15
2,10
2,05
2,00
1,95
1,90
1,85
1,80
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
0
20
40
60
80
0
0
0
Flark HF - 10. April Flark HF - 13. April
Flark HF - 15. April
50
50
100
100
150
Flark HF - 19. April
150
Flark HF - 24. April
50
100
150
200
200
Zeit (min)
100
120
140
160
180
200
250
250
300
300
200
250
300
350
400
350
350
2,20
2,15
2,10
2,05
2,00
1,95
1,90
1,85
1,80
2,20
2,15
2,10
2,05
2,00
1,95
1,90
1,85
1,80
2,20
2,15
2,10
2,05
2,00
1,95
1,90
1,85
1,80
0
20
40
60
80
0
Flark HF - 17. April
50
Flark HF - 21. April
0
20
40
60
80
Zeit (min)
100
120
140
160
180
200
100
150
200
250
300
350
400
CH 4 -Konzentrationen
linearer Anstieg für
Flussberechnung
100
120
140
160
180
200
Abb. 28: Methankonzentrationen der Haubenmessungen über der Schneedecke des Flarks HF im Untersuchungsbereich
C und die linearen Regressiongeraden als Grundlage der Flussberechnungen.

CH 4 -Konzentration (ppm)
CH 4 -Konzentration (ppm)
CH 4 -Konzentration (ppm)
CH 4 -Konzentration (ppm)
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
10
9
8
7
6
5
4
3
2
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
0
0
0
50
6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
5,0
Lawn HB - 15. April Lawn HB - 17. April
4,5
Lawn HB - 19. April
50
50
100
150
Lawn HA - 17. April
Lawn HA - 21. April
0
20
40
60
80
Zeit (min)
100
150
200
250
300
350
400
200
250
100
150
200
250
300
350
400
300
100
120
140
160
180
200
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
10
9
8
7
6
5
4
3
2
10
9
8
7
6
5
4
3
2
0
0
0
50
Lawn HB - 21. April
50
50
100
100
150
150
100
150
200
250
300
350
400
200
Lawn HA - 19. April
200
Zeit (min)
250
250
CH 4 -Konzentrationen
linearer Anstieg für
Flussberechnung
Abb. 29: Methankonzentrationen der Haubenmessungen über der Schneedecke der Lawns in den Untersuchungsbereichen
B (Lawn HB) und A (Lawn HA) und die linearen Regressionsgeraden als
Grundlage der Flussberechnungen.
300
300
350
350
61

6 Ergebnisse
6.4 Methankonzentrationen in und Methanflüsse durch die Schneebedeckung in Salmisuo
6.4.5 AUS HAUBENMESSUNGEN BERECHNETE METHANFLÜSSE
Die Ergebnisse der Methanemissionsberechnungen der Haubenmessungen während der
Schneeschmelze in Salmisuo sind in Abb. 30 dargestellt. Über die Tauperiode ließ sich ein deutlicher
Trend ansteigender Methanflüsse feststellen. Dabei emittierte der Flark HF über den Messzeitraum
deutlich weniger Methan als die beiden Lawn-Standorte (HA und HB). Zu jedem Methanfluss wurde
der individuelle Standardfehler mittels einer Fehlerfortpflanzungsberechnung ermittelt. Alle Messungen
besaßen einen sehr geringen Standardfehler, was vor allem auf den geringen Abstand der Residuen
der Regressionen zurückzuführen war.
Die erste Messung des Flarks HF am 10. April wurde um 17 Uhr lokaler Ortszeit begonnen. Zu
Beginn, wie auch über den gesamten Messzeitraum, herrschte dabei Windstille. Die berechneten Flüsse
dieses Tages zeigten einen geringen, negativen Wert von ca. -0,005 mg CH4 m -2 h -1 . Vom 13. bis 19.
April wurden auf diesem Standort geringe positive Flüsse ermittelt. Diese bewegten sich in einem
Bereich von ca. 0,006 mg CH4 m -2 h -1 . Erst zum Ende der Haubenmessungen, am 21. und 24. April,
konnten ansteigende Emissionsleistungen des Flark-Standortes mit 0,02 bzw. 0,08 mg
CH4 m -2 h - 1 nachgewiesen werden. Die Lawns emittierten am 15. und 17. April geringfügig mehr Methan
als der untersuchte Flark. Ab dem 19. April konnten an diesen Standorten allerdings deutlich
höhere Methanflüsse berechnet werden. Am 21. April emittierte der Lawn HB des Untersuchungsbereiches
B mit der höchsten Flussrate von ca. 0,32 mg CH4 m -2 h -1 , welche mit den Haubenmessungen
über die Schneeschmelzperiode aufgezeichnet werden konnte. Messungen der Lawns waren zum 24.
April nicht mehr möglich, da einerseits der Schnee in den Rahmen vollständig abgetaut und zum anderen
die Rahmen schräg in das Moor eingesunken waren. Dadurch konnte kein luftdichter Abschluss
der Haube durch die mit Wasser befüllte Schiene des Rahmens erfolgen, da dieser eine zu hohe Neigung
aufwies.
62
CH 4 -Fluss (mg h -1 m -2 )
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Flark (HF)
Lawn (HB)
Lawn (HB)
10.04 12.04 14.04 16.04 18.04 20.04 22.04 24.04
Datum
Abb. 30: Aus Haubenmessungen berechnete Methanflüsse; Fehlerbalken geben den Standardfehler nach
Fehlerfortpflanzung wieder.

7 DISKUSSION
7.1 BEWERTUNG DER VERWENDETEN METHODEN
7.1.1 KONZENTRATIONSGRADIENTENMETHODE
7 Diskussion
7.1 Bewertung der verwendeten Methoden
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Konzentrationsgradientenmethode während der Winterzeit
eine vertretbare Methode der Gasflussbestimmung in borealen Mooren ist, zumindest für das
klimarelevante Gas Methan. Die hohe Sensitivität dieser Bestimmungsmethode für Gasflüsse durch
Schneedecken, welche schon in anderen Publikationen beschrieben wurde (ALM et al. 1999 & 2007,
MAST et al. 1998, SOMMERFELD et al. 1993), konnte auch im Rahmen der vorliegenden Arbeit bestätigt
werden. So konnten geringe Methanflüsse in der Größenordnung von 0,01 mg m -2 h -1 statistisch
signifikant von Null abgegrenzt werden. In vorherigen Arbeiten anderer Autoren wurden die Gasflüsse
zumeist aus dem Gradienten einer Messung an der Schneebasis und einer Messung im Bereich der
Schneeoberfläche berechnet (ALM et al. 1999 & 2007, BJÖRKMAN 2007, SOMMERFELD et al. 1993 &
1996). Die dieser Arbeit zu Grunde liegende Probennahmestrategie (vgl. Kapitel 5.3.2) entsprach im
Prinzip jener von ALM et al. (1999). Dieser nutzte jedoch die Konzentrationsgradientenmessungen im
10-cm-Abstand nur zur Überprüfung der angenommenen Linearität des Konzentrationsgefälles im
Schneeprofil. Die Gasflüsse selbst wurden aber mittels Einzelmessungen von Schneeoberfläche und
Schneebasis berechnet. Bei dieser Methode einer Gasflussbestimmung kann kein Fehler des der
Flussberechnung zu Grunde liegenden Anstieges der linearen Regression angegeben werden. Während
diese Herangehensweise innerhalb der normalen Winterperiode bei homogeneren Verhältnissen
ohne direkten Einfluss einer Schneeschmelze noch anwendbar ist, so konnte auf Grund der in dieser
Arbeit gezeigten Heterogenitäten und deutlichen Diffusionsbarrieren während der Schneeschmelzphase
kein Methanfluss über die Konzentrationen der gesamten Schneedecke berechnet werden (vgl.
Kapitel 6.4.1 & 6.4.3). In dieser Arbeit wurden nur die obersten Konzentrationsmessungen, die einen
linearen Anstieg zeigten, für die Berechnung des Methanflusses zwischen Schnee und Atmosphäre
benutzt. Um diese linearen Gradienten statistisch absichern zu können, bedarf es mindestens drei
Messungen der Methankonzentration im Rahmen Konzentrationsgradientenmessung. Andernfalls ist
die Qualität nicht abschätzbar, da Heterogenitäten innerhalb der Schneedecke und Nichtlinearitäten
des Konzentrationsgradienten nicht auffallen.
Aus den in dieser Arbeit präsentierten Ergebnissen der Methankonzentrationsmessungen im
Schnee wird die Bedeutung einer ausreichenden Probendichte über das gesamte Profil ersichtlich.
Durch Heterogenitäten in der Schneedecke können teilweise nur sehr wenige Konzentationsmessergebnisse
für die Berechnung der Methanflüsse verwendet werden. Aus diesem Grund ist während der
Schneeschmelze eine Verdichtung der Gasprobennahme zu empfehlen. Allerdings ist dabei auf die
Entnahme voneinander unabhängiger Proben zu achten. Wird der Abstand der Proben im Profil zu
klein gewählt, so kann man die Probenluft einer anderen Probe ebenfalls mit abziehen. Die Mindestabstände
müssen sich an dem Eigenvolumen der Entnahmeapparatur ausrichten, welches vor jeder
63

7 Diskussion
7.1 Bewertung der verwendeten Methoden
Probennahme verworfen werden muss. Weiterhin bestimmt die Gasanalytik das Mindestvolumen
einer Gasprobe. Das Volumen sollte dabei für mindestens zwei unabhängige Gasanalysen ausreichen.
Unter Annahme einer kugelförmigen Ausdehnung der abzusaugenden Probenluft im Schnee kann
man einen Mindestabstand der Probennahmepunkte ermitteln. In die Rechnung einzubeziehen ist
dabei jenes Volumen, das von den Schnee- bzw. Eiskristallen eingenommen wird. Gerade bei niedriger
Porosität des Schnees während der Schneeschmelze ist diese Betrachtung elementar. Die niedrigste
im Frühjahr 2006 in Salmisuo gemessene Porosität lag bei 0,4 (vgl. Kapitel 6.2.4). Bei einem Probenvolumen
von 20 ml Porenluft beträgt der Radius des Einzugsbereiches dieses Volumens ca. 2,2
cm. Beim Probenziehen kann allerdings Gas aus der unmittelbaren Umgebung zügig nachströmen, so
dass eine Probennahme von 20 ml bei einer Porosität von nur 0,4 leicht zu Beeinflussungen der einzelnen
Probenvolumen untereinander führen kann. Eine Probennahme von 15 ml, die bei doppelter
Analyse am Gaschromatographen 7,5 ml Injektionsvolumen pro Messung entspricht, würde dagegen
unter gleichen Porositätsbedingungen zu einem Kugelradius von ca. 2 cm führen. Der für die Analyse,
der hier präsentierten Ergebnisse, verwendete Gaschromatograph hat ein Messschleifenvolumen,
das kleiner als 3 ml ist (vgl. Kapitel 5.4) und bei Injektion von 7,5 ml Probengas noch ausreichend
durchgespült werden würde. So könnte der Abstand der Gasmesspunkte im Konzentrationsprofil
innerhalb der Schneedecke auf 5 cm verkürzt werden. Dabei müsste jedoch die Anzahl der an einem
Tag untersuchten Standorte verringert werden, da sich bei einer Halbierung der Probennahmeabstände
die Anzahl der zu analysierenden Gasproben nahezu verdoppelt. Fraglich ist dabei allerdings die
Messbarkeit einer Probe 5 cm unter der Schneeoberfläche, da das Edelstahlrohr bei der Probennahme
schwerlich ausreichend ruhig gehalten werden kann. In einer Tiefe von 10 cm war die stabilisierende
Wirkung der Schneedecke dann ausreichend. Generell hat die dieser Arbeit zu Grunde liegende Probennahmetechnik
gewisse Schwächen, die eine exakte Gasprobennahme erschweren. Der maximale
Abstand zwischen unbeeinflusster Schneeoberfläche und Profilmesspunkt durch die messende Person
ist durch deren körperbedingte Reichweite vorgegeben. Prinzipiell muss sich bei der Probennahme in
den Schnee gekniet werden, bei geringer Schneefestigkeit ist dadurch ein besonders tiefes Einsinken
möglich. Die Beeinflussung der unberührten Schneedecke des Probennamepunktes liegt dabei nahe.
Der Datenaufnahme dieser Arbeit standen jedoch keine weiteren Mittel zur Verfügung um diese
Probleme zu umgehen. An jedem Messtag wurden die Konzentrationsmessungen an den einzelnen
Standorten wiederholt. Allerdings konnte auf Grund der Art und Weise der Probennahme, mit nur
einem Edelstahlrohr, nicht der genaue Messpunkt der Probennahme des vorhergehenden Messtages
wieder verwendet werden, da nicht auszuschließen war, dass der Einstichkanal über einen so kurzen
Zeitrum bestehen blieb. Diesen, wenn auch geringen Versatz zwischen den einzelnen Probennahmepunkten
könnte durch die geeignete Umstellung der Probennahme Rechnung getragen werden (vgl.
Kapitel 7.7). Ein im Moor verbleibenses Probenentnahmesystem mit Probennahmemöglichkeiten in
verschiedenen Höhen über der Mooroberfläche kann vor der Winterperiode installiert werden, sodass
es eingeschneit wird. Über die Winterperiode können dann in situ wiederholbare Probennahmen erfolgen.
Während ALM et al. (1999 & 2007) und SOMMERFELD et al. (1993) die für die Gasflussberechnungen
notwendigen Schneedichtebestimmungen mittels einer Messung für die gesamte Schneedecke
64

7 Diskussion
7.1 Bewertung der verwendeten Methoden
durchführten, mittelten BJÖRKMAN (2007) und MCDOWELL et al. (2000) die Dichtebestimmungen
einzelner beprobter Schneelagen. Ist dieses Verfahren für stabile und annähernd homogene Schneeeigenschaften
unter normalen Winterbedingungen anwendbar, so ergibt sich daraus zumindest für die
deutlich heterogenen Bedingungen während der Schneeschmelze eine gewisse Problematik. Ferner
gab es in einigen Fällen der Schneedichtebestimmung zum Ende des Untersuchungszeitraumes Unterschiede
zwischen der Gesamtdichte der Schneeschicht und den Einzelmessungen. Besonders beim
Vorhandensein eines mit Schmelzwasser gesättigten Porenraumes kommt es zu Verzerrungen der
Schneedichtebestimmung zwischen den beiden Messmethoden. Bei Entnahme der Schneeprobe über
das gesamte Profil wird auch Schnee aus dem Bereich des mit Schmelzwasser gesättigten Porenraumes
entnommen und somit kommt es zu einer ungenauen Bestimmung der Schneedichte. Die Ergebnisse
der Schneeuntersuchungen im Verlauf der Schneeschmelze zeigten so bei der Gesamtprofilbestimmung
eine teilweise deutlich höhere Schneedichte und damit geringere Porosität als der Mittelwert
aus den Beprobungen einzelner Lagen im Schneeprofil. Werden, wie in dieser Arbeit, die Methanflüsse
mittels Konzentrationsgradientenmessungen bestimmt, so erweisen sich die einzelnen
Schneedichtebeprobungen als besser geeignet für die Gasflussbestimmung. So kann diejenige
Schneedichte in die Berechnung einfließen, die für den linearen Bereichs des Konzentrationsgradienten
charakteristisch ist. Jedoch muss an dieser Stelle die Probendichte beachtet werden. Während der
Schneeschmelzperiode konnten teilweise sehr kleinräumige Änderungen der Eigenschaften des
Schnees visuell festgestellt werden. Außerdem wiesen Konzentrationssprünge von Methan innerhalb
der Schneedecke, bei fehlenden visuell angesprochenen Änderungen der Schneeeigenschaften, auf
nicht makroskopisch erkennbare Unterschiede der Schneeeigenschaften eines Profils hin. Eine höhere
Probendichte, und damit feinere Auflösung der Schneeeigenschaften könnte durch den Versatz der
Probennahmepunkte im Schneeprofil erreicht werden.
Nicht nur das Schmelzwasser, welches den Porenraum der Schneebasis ausfüllt, beeinflusst die
Konzentrationsgradientenmethode im Schnee. Es kommt auch zur Anlagerung von Schmelzwasser
durch Adhäsionskräfte im Schnee. Dadurch ergibt sich eine, makroskopisch nicht unbedingt feststellbare,
lokale Minderung des Porenraumes (DINGMAN 1993). Dieses Schmelzwasser fließt bei der
Schneedichtebeprobung mittels ungestörter Probennahme mit in die Messung ein. Auf Grund der
physikalischen Eigenschaften des Wassers ist das Gewicht des Schmelzwassers höher als jenes des
Eises (MARTINEC & RANGO 1986). Neben dem Einfluss auf die Schneedichteberechnung wirkt sich
diese Problematik auch auf die Tortuosität aus. Das Schmelzwasser verstopft teilweise den Porenraum,
insbesondere die Fein- und Mittelporen, und verlängert somit den Diffusionspfad von Gasen
zwischen Schneebasis und Schneeoberfläche. Die hohen Konzentrationen in den unteren Bereichen
des Schnees, welche vor allem ab dem 13. April gemessen wurden, lassen sich nicht allein durch die
Verringerung der Porosität in den Bereichen darüber erklären. Hier liegt die Vermutung nahe, dass
durch Schmelzwasser der Diffusionswiderstand erhöht und der Diffusionsweg für Methan deutlich
verlängert worden ist. Unter der Annahme eines relativ stetigen Nachschubs von Methan aus dem
Moor kann es dabei zu der beschrieben Konzentrationserhöhung unter den die Diffusion blockierenden
Schneebereichen kommen.
65

7 Diskussion
7.1 Bewertung der verwendeten Methoden
Die angesprochenen Verhältnisse hätten bei höherer Gas- und Schneeprobendichte mit hoher
Wahrscheinlichkeit besser identifiziert werden können. Besonders wegen der hohen Genauigkeit der
Methananalyse am Gaschromatographen wäre eine Verringerung des Abstandes der Gasprobennahme
im Schnee ein geeignetes Mittel, um die Heterogenität des Schnees während der Schneeschmelze
besser aufzunehmen.
7.1.2 HAUBENMETHODE
Durch die Verwendung der Rahmen konnte ein Einsinken der Haube während der Messungen
verhindert werden. Außerdem ist somit eine hinreichend genaue Bestimmung des Haubenvolumens
möglich, da die Schneehöhe innerhalb des Rahmens vor und nach der Messung überprüft werden
konnte. Problematisch war jedoch das Einsetzen der Rahmen in die Schneedecke. Da der Rahmen mit
der Mooroberfläche abschließen sollte, konnten keine Rahmen auf Hummock-Standorte gesetzt werden.
Bei diesen Vegetationsformen fiel es schwer, den Rahmen so in den Schnee zu setzen, dass er
gleichzeitig mit der Vegetationsoberfläche abschloss und außerdem ausreichend waagerecht installiert
war, um einen dichten Abschluss bei den Haubenmessungen mittels der Wasserschiene zu ermöglichen.
Durch das Schmelzwasser, welches sich über die Schneeschmelzperiode im Porenraum der
Schneebasis sammelte, konnte jedoch eine besondere Abdichtung des Rahmens auf der Mooroberfläche
gewährleistet werden. Fraglich ist, ob die Installation der Rahmen auf der Mooroberfläche vor
der Winterperiode sinnvoll ist, da der Rahmen so eine Beeinträchtigung der ungestörten Schneeakkumulation
darstellt. Außerdem konnte bei den Haubenmessungen ein leicht verstärktes Schmelzen
des Schnees an den Wänden des Metallrahmens festgestellt werden.
Das Haubensystem hat sich vor allem für Gasemissionsanalysen etabliert, insbesondere während
der Vegetationsperiode, und ist somit weit ausgereift (ALM et al. 1999 & 2007, NYKÄNEN et al.
2003). So konnten keine Aufsatzeffekte festgestellt werden, welche einen Einfluss auf den Konzentrationsanstieg
haben. Die mittels der linearen Regression errechneten Y-Achsenabschnitte befanden
sich bei allen Haubenmessungen im Bereich der atmosphärischen Methankonzentration wie sie auch
bei den Probennahmen in 60 cm Höhe über der Schneeoberfläche festgestellt wurden. Die meistens
beobachtete, gut ausgeprägte Linearität des Methankonzentrationsanstieges, in den Hauben zeigt,
dass der den Fluss antreibende Konzentrationsgradient sich nicht wesentlich über die Haubenaufsatzzeit
durch die Anreicherung von Methan im Haubenvolumen veränderte. Der Fluss wird vom stärksten
Flusswiderstand bestimmt, der sich an der mit Schmelzwasser gesättigten Basis des Schneeprofils
befindet. Die hier aufgebauten großen Gradienten werden durch die relativ geringe Konzentrationsanreicherung
im Haubenvolumen offensichtlich nur wenig verändert.
Anhand des Vergleiches der Haubeninnentemperaturen und der von der Klimastation aufgezeichneten
Daten der Außenlufttemperatur konnten deutliche Unterschiede sowohl zwischen den
Temperaturen im Inneren der Hauben zur Außentemperatur als auch zwischen den Hauben zueinander
festgestellt werden. Die Leistung der Kühlanlage der durchsichtigen Hellhaube des Flark-
Standortes HF reichte nicht aus, um die Temperatur des Haubenvolumens immer an die Außentemperatur
anzupassen. Einzig während der Messungen am 15. April befand sich die Haubeninnentemperatur
auf dem Niveau der Außentemperatur. An diesem Tag gab es während der gesamten Mes-
66

7 Diskussion
7.1 Bewertung der verwendeten Methoden
sung keine direkte Sonneneinstrahlung, was bei den Hubenmessungen auch die geringen Abweichungen
der Minimal- und Maximaltemperaturen von deren Mittelwert bestätigen. Ansonsten lag die mittlere
Temperatur der Hellhaube lag bis 3,5 °C über der durchschnittlichen Lufttemperatur in Salmisuo.
Aber auch die Dunkelhauben der Lawn-Standorte wurden von der Sonneneinstrahlung beeinflusst.
So zeigten die Minimal- und Maximalwerte, abgesehen vom 15. April, ebenfalls größere Abstände
vom jeweiligen Temperaturmittel auf. Jedoch befanden sich die gemittelten Temperaturen der Dunkelhauben
immer näher an jenen der Klimastation als die Mittelwerte der Hellhaube. Somit besteht
auf Grund der reflektierenden Eigenschaften des Metalls der Dunkelhauben ein Vorteil bezüglich der
Erwärmung des Haubenvolumens im Vergleich zu der Hellhaube. Da die Luft in den Hauben stetig
umgewälzt wird, kommt die von den Haubenwänden erwärmte Luft in Kontakt mit der Schneeoberfläche,
was zu einer Beeinflussung des Schnees selbst führt. Eine, zumindest zeitweise, höhere Temperatur
beeinflusst den Schnee, dieser kühlt aber auch gleichzeitig das in Umwälzung befindliche
Haubenvolumen. Vergleicht man die Konzentrationsanstiege von Methan in den Hauben (mit den
Temperaturschwankungen, so fallen Unterschiede in den Standardabweichungen der Residuen der
einzelnen Messungen der linearen Regressionen auf. Am 15. April weisen alle Regressionen der
Messwerte jedoch besonders geringe Standardabweichungen der Residuen auf. An diesem Tag waren
die Unterschiede zwischen Hauben- und Lufttemperatur besonders gering. Auch wenn visuell keine
Beeinflussung der Haubenmessung auf den Schnee im Rahmen erkennbar war, so lassen diese Ergebnisse
trotzdem einen Einfluss der Haubentemperatur auf die Messung vermuten.
Die Änderung der Haubentemperatur spielt allerdings noch eine weitere Rolle Mit einer Temperaturänderung
ändert sich nach dem idealen Gasgesetz (vgl. Kapitel 5.5.2) auch das Produkt von
Druck und Volumen eines Gases. Einerseits kann bei Erwärmung Luft des Haubenvolumens in den
Schnee hinein gepresst werden oder andererseits aus dem Luftausgleichsschlauch der Haube austreten.
Die Methankonzentration, also das Verhältnis zwischen Methan und anderen Bestandteilen der
Luft, bleibt jedoch bei Erwärmung gleich. Somit kann und sollte für die Flussberechnung die Temperatur
des Haubenvolumens am Anfang der Haubenaufsatzzeit verwendet werden. Anders und kritischer
ist der Effekt beim Abkühlen. Durch den entstehenden Unterdruck kann entweder Porenluft
aus dem Schnee oder aus der Umgebungsluft in das Haubenvolumen gesogen werden. Im ersteren
Fall würde neben der natürlichen Diffusion ein künstlicher Massenfluss von im Schnee mit Methan
angereicherter Luft erfolgen. Im zweiten Fall würde geringer mit Methan angereicherte Umgebungsluft
die Konzentration im Haubenvolumen verdünnen. Dieser schwierig zu korrigierende Effekt tritt
nicht nur unter Schneebedingungen auf, sondern wirkt sich ebenso auf Haubenmessungen in der
Vegetationsperiode aus. Auf Grund des relativ großen Haubenvolumens der verwendeten Hauben
sind diese Messfehler für die durchgeführten Messungen wohl aber eher als gering einzuschätzen. Ist
die Schneehöhe aber höher, so dass sie deutlich in das Haubenvolumen hineinragt, so kann dieser
Effekt größere Auswirkungen auf die Flussberechnung haben.
In den wenigen Veröffentlichungen, die sowohl die Konzentrationsgradientenmethode als auch
die Haubenmethode anwendeten, bestehen widersprüchliche Aussagen bezüglich der Differenzen
zwischen beiden Methoden. Während KIM et al. (2007) höhere Flüsse aus Haubenmessungen berichteten,
die Flüsse der Konzentrationsgradientenmethode betrugen im Durchschnitt 68 % der Hauben-
67

7 Diskussion
7.1 Bewertung der verwendeten Methoden
flüsse, fanden MAST et al. (1998) geringere Flüsse bei Haubenmessungen. Letzterer berichtet zudem
von Problemen der Abdichtung des Haubenvolumens, was ihre Ergebnisse begründen könnte. In
Salmisuo stellten ALM et al. (1999) auch höhere Flüsse aus Haubenmessungen fest, jedoch wurde für
diese Aufnahmen die Schneedecke teilweise entfernt und so der Diffusionswiderstand der Schneedecke
deutlich herabgesetzt. Im Frühjahr 2006 waren die mittels Hauben ermittelten Methanflüsse anfangs
(10. bis 17. April) geringer als jene der Konzentrationsgradientenmessungen, stiegen jedoch
zum Ende der Messperiode an (19. bis 24. April), so dass die berechneten Emissionsleistungen dann
höher als diejenigen der Konzentrationsmethode waren (vgl. Kapitel 6.4.3 & 6.4.5). Eine mögliche
Erklärung hierfür besteht im Einfluss des erwärmten Haubenvolumens in Folge von Sonnenlichteinstrahlung.
Durch die über mehrere Messtage wiederholten Messungen kann es in den Rahmen auf
Grund der Kristallumbildung während des Schmelzprozesses zu einer Vergrößerung der Eiskristalle
und damit auch des Porenraumes gekommen sein. Diese Einflüsse wirkten hingegen nicht auf die
Messpunkte der Konzentrationsgradienten. Die Klärung dieses Problems bedarf allerdings weiterer,
detaillierter Untersuchungen. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass der Diffusionskoeffizient von
MASSMAN (1998) für die Berechnungen der Methanflüsse aus den Konzentrationsgradientenmessungen
unter Annahme von normalen winterlichen Bedingungen berechnet wurde. Die heterogenen Veränderungen
innerhalb der Schneedecke während der Schneeschmelze konnte er schon auf Grund der
fehlenden Datengrundlage nicht ermitteln. Das im Schneeporenraum befindliche Schmelzwasser hat
jedoch großen Einfluss auf die Eigenschaften des Schnees als poröses Medium, auf dessen Grundlage
auch die Berechnungsformel der Tortuosität erfolgte (DU PLESSIS & MASLIYAH 1991). So kann die
verwendete Berechnungsformel für Methanemissionen aus Konzentrationsprofilmessungen zu einer
deutlichen Überschätzung der Emissionsleistungen führen. Die Haubenmessungen dagegen berücksichtigen
die Eigenschaften des Schnees nicht und ermitteln nur die Emissionen oberhalb der
Schneedecke.
7.1.3 STATISTISCHE METHODEN
Für die Qualitätsabsicherung der Flussbestimmungen konnten für beide Methoden der Datenaufnahme,
der Konzentrationsgradienten- wie auch der Haubenmethode, die gleichen statistischen
Methoden angewendet werden. Die Nichteinhaltung der Anforderung, dass der Achsenabschnitt der
linearen Regression mit 1,8 ± 0,2 ppm nahe der atmosphärischen Methankonzentration von 1,754
ppm (IPCC 2007) sein sollte, konnte sehr gut als Indikator für fehlerhafte Modellgrundlagen dienen.
Mit diesem Ansatz konnten bei der Konzentrationsgradientenmethode alle linearen Regressionen als
Grundlagen der Flussbestimmungen verworfen werden, die durch besonders sprunghafte Konzentrationsanstiege
von Methan in den unteren Bereichen des Schnees negativ beeinflusst waren.
Mit der Verwendung des Standardfehlers der Residuen bestand zudem eine wesentlich günstigere
Möglichkeit zur Einschätzung der Qualität der Flussbestimmung, als dies mit dem typischerweise
angewendeten Bestimmtheitsmaß (ALM et al. 1999, BJÖRKMAN 2007) gegeben ist (KUTZBACH et al.
2007). Eine Diskriminierung geringer Anstiege wurde mit dieser Methode ausgeschlossen, da als
Qualitätskriterium immer ein einheitlicher Standardfehler der Residuen angewendet wurde. Hier besteht
ein deutlicher Vorteil für die weiterführende Interpretation der Ergebnisse. Wurden in anderen
68

7 Diskussion
7.2 Zeitliche Variabilität der Methanemissionen während der Schneeschmelze
Publikationen (DISE 1992, MELLOH & CRILL 1995, PANIKOV & DEDYSH 2000, SAARNIO et al. 2000)
geringe Flüsse mit geringem Bestimmtheitsmaß als fehlerhafte Messungen angesehen, so können
durch die in der vorliegenden Arbeit präsentierte Qualitätsbeurteilungsmethode Untersuchungsstandorte
mit geringen Methanemissionen für weiterführende Berechnungen genutzt werden. Der von der
Standardabweichung der Residuen abhängige Standardfehler des Anstieges der linearen Regression
floss in die Fehlerdarstellung ein. Da er in Abhängigkeit der Parameteranzahl berechnet wurde, trug er
auch der Anzahl der einzelnen Messpunkte Rechnung, die als Grundlage der Flussbestimmung genutzt
wurden. Eine geringe Anzahl der Messwerte bewirkte eine deutlich größere Unsicherheit der
Regressionsparameter Y-Achsenabschnitt und Steigung.
Durch die Fehlerfortpflanzungsrechnungen konnte für jeden dargestellten Methanfluss ein individueller
Fehler angegeben werden. In die Berechnungen wurden die zufälligen Fehler aller einfließenden
Messgrößen und berechneten Werte einbezogen. Damit ist ein adäquates Mittel gegeben, um
die Qualität der Ergebnisse aus den Flussberechnungen zu beurteilen und eine Bewertung der angewendeten
Methoden in der heterogenen Periode der Schneeschmelze durchzuführen. Der Fehler der
Flussbestimmung kann so der flächenhaften Variabilität der Flüsse gegenübergestellt werden. Wie in
den Ergebnissen gezeigt, liegt für das Moor Salmisuo eine höhere flächenhafte Variabilität innerhalb
der Vegetationsformen vor, als die Größe der Fehler der einzelnen Methanflussberechnungen
(vgl. Abb. 25, Abb. 26, Abb. 27 & Abb. 30). Daraus kann gefolgert werden, dass die Messgenauigkeiten
der angewendeten Methoden den Fragestellungen und dem Untersuchungsgebiet angemessen
waren.
7.2 ZEITLICHE VARIABILITÄT DER METHANEMISSIONEN WÄHREND DER
SCHNEESCHMELZE
ALM et al. (1999) geben für Salmisuo für die Winterperiode von Dezember 1994 bis April 1995
gemittelte Methanflüsse von 0,42 mg m -2 h -1 für Haubenmessungen und 0,59 mg m -2 h -1 für Konzentrationsgradientenmessungen
bei monatlicher Messung an. Die zu Grunde liegenden Messungen befanden
sich auf mit dieser Arbeit vergleichbaren Standorten (mündl. Mitteilung SAARNIO, Universität
Joensuu). Die berichteten winterlichen Methanflüsse entsprachen integriert vom 15. November bis
zum 15. Mai einem Anteil von 8 % der jährlichen Methanemissionen (ALM et al. 1999, SAARNIO et al.
1997). Die Messungen von ALM et al. (1999) basieren dabei auf den Vegetationsformen Hummock
und Lawn. Flarks wurden auf Grund der die Vegetation überdeckenden Moorwassereisschicht nicht
aufgenommen. In der vorliegenden Arbeit konnten zu Beginn der Messungen die Verhältnisse der
Methanemissionen der letzten Phase der Winterperiode ermittelt werden. Die aus Konzentrationsgradientenmessungen
ermittelten Methanemissionen für den 7. April 2006 sind mit durchschnittlich
0,25 ± 0,19 mg m -2 h -1 für Hummocks und 0,18 ± 0,12 mg m -2 h -1 für Lawns geringer als die über den
gesamten Winter gemittelten Emissionen von ALM et al. (1999).
Die auf die Winterperiode folgende, starke zeitliche Variabilität der Methanemissionen während
der Schneeschmelze wurde entscheidend von den Eigenschaften der Schneedecke und deren Änderungen
über die Zeit beeinflusst. Durch die Konzentrationsprofilmessungen konnte eine Art Zu-
69

7 Diskussion
7.2 Zeitliche Variabilität der Methanemissionen während der Schneeschmelze
sammenbruch der Methanemissionen mit einer zu Beginn der finalen Abschmelzphase gebildeten
Schmelzwasserschicht im Porenraum des untersten Bereiches der Schneeschicht in Zusammenhang
gebracht werden. Diese Schmelzwasserschicht konnte an allen Untersuchungspunkten nachgewiesen
werden. Laterales Abfließen von morphologischen Vollformen, wie sie mit den Hummocks gegeben
sind, wurde durch Adhäsionskräfte im Porenraum des Schnees gering gehalten. Als Resultat musste
das aus dem Moor emittierte Methan erst durch diese Schmelzwasserschicht diffundieren, um dann
über die luftgefüllten Diffusionspfade in der darüber liegenden Schneedecke an die Schneeoberfläche
zu gelangen. Über den Zeitraum der Schneeschmelze änderten sich die Schneeeigenschaften wie Porosität,
Formen der Schnee- bzw. Eiskristalle und das Vorhandensein sowie die Position von eisartigen
Linsen und Schichten stetig. Dabei war zu Beginn der Messungen die Kristallumwandlung hin zu
gerundeten Eiskörnern fast über die gesamte Mächtigkeit des Schnees vollzogen. Einzig eine Neuschneeauflage
wies zu Beginn des Untersuchungszeitraumes noch typische Schneekristalle auf. Aber
durch die anhaltenden Tauaktivitäten wurden auch diese Kristalle zügig (binnen 3 Tagen) in die angesprochenen,
für Tauprozesse typischen Kristallformen umgewandelt. Bis zum Ende der Schneeschmelze
wuchsen die Eiskristalle langsam in ihrer Größe heran. Diese Beobachtungen decken sich
mit jenen von COLBECK et al. (1990), DINGMAN (1993) und LACHAPELLE (1992). Deutlich konnte
die Erhöhung des Schmelzwassergehaltes innerhalb des Porenraums der Schneedecke nach besonders
starken Tauereignissen aufgezeigt werden. Bei Nachttemperaturen über dem Gefrierpunkt waren die
Taueffekte dabei besonders stark. Der Porenraum wurde derart beeinflusst, dass es in der Folge von
besonders niedrigen Methankonzentrationen in der Schneedecke, und den damit verbundenen niedrigen
Methanflüssen durch den Schnee, zu deutlichen Konzentrationsanstiegen von Methan im untersten
Bereich der Schneedecke kam. Auf Grund der Analysemöglichkeiten konnten hier nur über der
anstehenden Schmelzwasserschicht Proben aus dem Porenvolumen gewonnen werden. Durch die
Probenabstände von meist 10 cm konnten diese Konzentrationsbereiche auch nicht bezüglich ihrer
Höhenausdehnung feiner aufgelöst werden. Die im Feld durchgeführte visuelle Ansprache des
Schnees führte zu Erkenntnissen bezüglich der Schneebeschaffenheit während der Schmelzphase,
von denen die Diffusionshemmnisse abgeleitet werden konnten. So wurde mit dem deutlich höheren
Wasseranteil im Schneeporenraum im Liegenden der Schneedecke eine wichtige Ursache für verminderte
Methanflüsse und dem gleichzeitig deutlichen Anstieg der Methankonzentrationen in diesen
Bereichen identifiziert. Die Porositätsmessungen und die daraus berechneten Tortuositäten der
Schneedecke konnten jedoch nicht immer die die Diffusion hemmenden Schneebereiche offen legen.
Die Emissionsleistungen der Hummocks und Lawns waren, betrachtet für die einzelnen Standorte,
sehr variabel.
Eine besondere Rolle nahmen die Emissionen der beiden Flark-Standorte ein. Während des
Winters gefror das Moorwasser an seiner Oberfläche zu einer massiven Eisschicht, welche nur die
Flark-Standorte völlig überdeckte und so Methanemissionen verhinderte. Dieser Sonderfall führte
dazu, dass die aufgezeichneten Emissionsleistungen während der Schneeschmelzperiode im deutlichen
Kontrast zu den Emissionen der Vegetationsperiode stehen. In Salmisuo weisen Flarks auf
Grund der geringen aeroben Bereiche und der damit geringen Oxidationsmöglichkeiten, des in den
anaeroben Bereichen produzierten Methans, hohe Methanemissionen während der Vegetationsphase
70

7 Diskussion
7.3 Flächenhafte Variabilität der Methanemissionen während der Schneeschmelze
auf (ALM et al. 1997 & 1999, SAARNIO et al. 1997 & 2007). Im Zeitraum vom 29. Mai bis 14. Oktober
2006 konnten auf Flarks Emissionen zwischen 1 und 12 mg CH4 m -2 h -1 mittels Haubenmessungen
bestimmt werden (schriftl. Mitteilung C. SCHÄFER, Universität Greifswald 2007). Ab dem Zeitpunkt
der Bildung der massiven Eisschicht über diesen Standorten ist mit einer Blockade der Methanemissionen
während der Winterzeit zu rechnen. Bei den Hummocks und Lawns lag die angesprochene
Moorwasser-Eisschicht innerhalb der Vegetation oder des Torfes und so waren mehr Diffusionspfade
über die Pflanzen und den Grenzraum zwischen Pflanzenteilen und Eis gegeben. Der Anstieg der
Methanflüsse mit fortschreitender Schneeschmelze an den Flark-Standorten kann im Rahmen dieser
Arbeit nicht endgültig geklärt werden. Am wahrscheinlichsten ist das Freisetzen von im Eis eingefrorenem
Methan oder das Entweichen von gespeichertem Methan an Schwächezonen der Eisschicht,
hervorgerufen durch die dem Eis aufliegende Schmelzwasserschicht. Eine vergleichbare, teilweise
über der Vegetation ausgebildete Eisschicht untersuchten auch MELLOH & CRILL (1996) und nahmen
ebenfalls die Freisetzung von im Eis befindlichen Methan an, welches während des Gefrierens der
obersten Moorwasserschicht im Eis gebunden wurde.
Problematisch und im Rahmen dieser Arbeit nicht eindeutig zu klären ist die Frage von Methanflüssen
in den Nächten der Schneeschmelzperiode. Besonders bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt
könnten sich Diffusionssperren durch Schmelzwasser, welches durch Adhäsion im Porenraum
der Schneedecke gehalten wird, auflösen. Da die Temperaturen in der Nacht deutlich geringer,
z. T. unter dem Gefrierpunkt, waren, müsste in dieser Zeit auch die Tauaktivität geringer oder gleich
Null gewesen sein. Die Zufuhr von Schmelzwasser in den Schneeporenraum wäre zurückgegangen
und ein Teil des vorhandenen Schmelzwassers wäre der Schwerkraft folgend in tiefere Bereiche der
Schneedecke versickert. Die Bildung einer deutlich diffusionshemmenden Eisschicht auf Grund gefrierenden
Schmelzwassers ist weniger wahrscheinlich. Solche massiven Eisschichten hätten bei den
Konzentrationsgradientenmessungen und Schneeansprachen auffallen müssen, die zu Beginn des
Tages erfolgten. Es könnte also zu höheren Emissionen während dieser Nächte gekommen sein, die
jedoch nicht gemessen wurden.
7.3 FLÄCHENHAFTE VARIABILITÄT DER METHANEMISSIONEN WÄHREND DER
SCHNEESCHMELZE
Über die Schneeschmelze konnten hohe Variabilitäten der Methanflüsse nicht nur zwischen den
einzelnen Messtagen sondern auch zwischen den einzelnen Untersuchungsstandorten festgestellt
werden. Auch innerhalb einer Vegetationsgemeinschaft waren die Emissionsleistungen von Standort
zu Standort sehr verschieden. MELLOH & CRILL (1996) wiesen ebenfalls hohe flächenhafte Variabilitäten
der Methanemissionen wie auch der Methankonzentration unter einer Moorwassereisschicht
nach. Die schon während der Vegetationsphase bestehenden Unterschiede der Methanemissionen
zwischen einzelnen Standorten einer Vegetationsgemeinschaft wurden durch die sehr variablen Eigenschaften
der Schneedecke noch verstärkt. Die Methanflüsse reagierten dabei skalenabhängig teilweise
sehr sensibel auf die Änderungen der Schneeeigenschaften. Die aus der Konzentrationsgradientenmethode
berechneten Flüsse der Lawn-Standorte wiesen hohe Variabilitäten zwischen den
71

7 Diskussion
7.3 Flächenhafte Variabilität der Methanemissionen während der Schneeschmelze
einzelnen Messtagen auf. Die für die jeweiligen Messtage errechneten Mittel verlaufen dagegen, abgesehen
von der Standardabweichung, nach dem Zusammenbruch der Methanflüsse zum 10. April
recht homogen. Auch wenn die Probendichte der Haubenmessungen auf Lawn-Standorten gering ist,
so lässt sich bei den dadurch berechneten Methanflüssen eine geringere Variabilität erkennen. Berücksichtigt
man die Skala dieser Methode, also die zu Grunde liegende Untersuchungsfläche so wird ersichtlich,
dass schon über diese Fläche die Heterogenitäten der Schneedecke und ihre Einflüsse auf
die Methanemissionen durch flächenhafte Integration abgemildert werden können. Durch die mit
geringem Abstand aufgenommenen Konzentrationsmessungen des Porenraumes direkt über der
Mooroberfläche bzw. über dem Bereich des mit Schmelzwasser gesättigten Porenraumes liegen Untersuchungsergebnisse
vor, an denen man die hohe kleinräumige Variabilität der Methankonzentrationen
erkennen kann (vgl. Abb. 24-1). Die entsprechenden Parallelmessungen der Konzentrationen an
einem Standort erfolgten in einem Bereich, der auch von einem Rahmen der Haubenmessungen abgedeckt
wird. So kann davon ausgegangen werden, dass die kleinräumigen Variabilitäten der Methanemissionen
besonders während der Schneeschmelze größer sind, als diese mittels Haubenmessungen
aufgelöst werden können.
Da der obere Bereich des Moorwassers über den Winter flächenhaft gefroren war, kann man
davon ausgehen, dass die von diesem Eis überdeckten Flarks kaum Methan emittieren konnten. Da
jedoch Methan im ungefrorenen, anaeroben Bereich des Moores über die Winterperiode weiterhin
gebildet wurde (ALM et al. 1999, MELLOH & CRILL 1996, SOMMERFELD et al. 1993), sind an diesen
Untersuchungspunkten verschiedene, wahrscheinlich auch miteinander verbundene, Szenarien denkbar.
Methan kann sich unter dem Eis ansammeln und entweder erst mit dem Abschmelzen des Eises
emittieren oder es kann sich unter dem Eis lateral weiter bewegen, um an durchlässigeren Stellen
durch den Bereich der Eisschicht zu gelangen. Solche Stellen können vor allem in Bereichen vermutet
werden, in denen die Vegetation nicht komplett vom Eis überdeckt ist. Dort, wo die Eisschicht am
wahrscheinlichsten gestört ist, können am ehesten Emissionspfade im Bereich zwischen Vegetation
und Eisschicht vermutet werden. ALM et al. (1999) gehen davon aus, dass während der Tauperiode im
Frühjahr, die im Winter gebildeten und unter einer Moorwassereisschicht akkumulierten Gase emittieren
werden, so diese nicht schon während der Winterperiode freigesetzt wurden. In den hier vorliegenden
Ergebnissen gibt es keinen eindeutigen Hinweis auf eine Freisetzung solcher Gasmengen.
Jedoch sollte zur Klärung dieser Frage eine stetige Methanmessung mit kurzen Messintervallen über
die gesamte Schmelzperiode zum Einsatz kommen. Kann es unter der Eisschicht zu einer lateralen
Verlagerung des gebildeten Methans hin zu durchlässigen Schwächezonen des Eises kommen, so ist
die Wahrscheinlichkeit der Speicherung größerer Mengen Methan in den Flarks über die Winterzeit in
Salmisuo als eher gering einzuschätzen, da die Flarks in diesem Untersuchungsgebiet eine, im Vergleich
zu Hummocks und Lawns, geringere Verbreitung sowie geringere zusammenhängende Flächenausdehnungen
besitzen.
Die Untersuchungspunkte für die Methanemissionen während der Schneeschmelze lagen teilweise
im Einflussbereich der Abflussbahnen des Schmelzwassers aus dem Moor. Auf Grund fehlender
Beobachtungen konnte dieser Effekt bei der Standortauswahl nicht berücksichtigt werden. Da der
Schmelzwasserstrom aber erst zum Ende des Untersuchungszeitraumes einsetzte, kann den hier prä-
72

7 Diskussion
7.4 Die Schneedecke als Einflussgröße des diffusiven Methanaustausches zwischen Moor und Atmosphäre
sentierten Ergebnissen eine gewisse Repräsentativität zugesprochenen werden. Zudem war das vom
abfließenden Schmelzwasser beeinflusste Gebiet so groß, dass so ein erheblicher Teil des Moores
Salmisuo durch Schmelzwasser beeinträchtigt wurde.
7.4 DIE SCHNEEDECKE ALS EINFLUSSGRÖßE DES DIFFUSIVEN METHANAUSTAU-
SCHES ZWISCHEN MOOR UND ATMOSPHÄRE
Die Schneedecke stellt insgesamt ein besonderes Diffusionshemmnis für Gasflüsse im Interaktionsraum
zwischen Boden und Atmosphäre während der Winterperiode dar (ALM et al. 1999,
BORKEN et al. 2006, MASSMAN 1998, MAST et al. 1998, MELLOH & CRILL 1995, SOMMERFELD et al.
1993). Im Vergleich zur Winterperiode nehmen die Heterogenitäten innerhalb der Schneedecke während
der Schneeschmelzperiode deutlich zu (FRIBORG et al. 1997), was durch die in dieser Arbeit präsentierten
Ergebnisse bestätigt wird. Während der Schneeschmelze ändern sich die Eigenschaften der
Schneedecke ständig. So verlagerten sich eisartige Linsen oder Schichten im Frühjahr 2006 in Salmisuo
praktisch täglich. Dabei nahmen Anzahl und Mächtigkeit dieser eisartigen Bildungen zu Beginn
der finalen Schneeschmelze in Salmisuo deutlich zu (vgl. Abb. 31-1 & 2 und Kapitel 6.2.4). ALM et. al
(1999) konnten in Salmisuo über die normale Winterzeit eine Fixierung einzelner Schneeschmelzereignisse
innerhalb der Winterperiode anhand von Eisschichten beobachten. Diese verblieben jedoch
bis zur Schneeschmelze an Ort und Stelle und es konnte sich so bezüglich der Gasemissionen ein
stabiler Zustand einstellen. Während der Schneeschmelze 2006 konnten solche Verhältnisse nicht
nachgewiesen werden.
In Abb. 31 ist der zeitliche Verlauf der Auftauperiode im Frühjahr 2006 in Salmisuo schematisch
dargestellt. Mit Beginn der Untersuchungen überdeckte eine Schneeschicht von bis zu 60 cm das
Moor. In dieser waren von vorhergehenden temporären Schmelzereignissen einzelne eisartige Schichten
als Relikte entwickelt. Unter dem Schnee hatte sich eine Moorwassereisschichtgebildet. Diese war
bei Hummocks und teilweise bei Lawnstandorten innerhalb der Vegetation entwickelt. Flarks wurden
dagegen von der Moorwassereisschicht überdeckt. Mit Abschmelzen des Schnees bildete sich eine
Schmelzwasserschicht bis in den Porenraum der unteren Bereiche des Schnees. Mit dem Ende der
Schneeschmelze kam es zum teilweisen Abfluss des angesammelten Schmelzwassers und zum Auftauen
der Moorwassereisschicht. Mit dem Ende der Auftauperiode waren die normalen hydrologischen
Verhältnisse der Vegetationsperiode wieder hergestellt. Der bestimmende hydrologische Faktor
war ab diesem Zeitpunkt das freie Porenwasser.
In einigen vorherigen Studien wurden massive Eisschichten in der Schneedecke als deutliche
Diffusionshemmnisse identifiziert (ALM et al. 1999, BJÖRKMAN 2007). In Salmisuo konnten in der
Schneedecke im Frühjahr zwar eisartige Schichten beobachtet werden, jedoch wiesen diese keine erkennbare
Beeinflussung der Methandiffusion durch die Schneedecke auf. Diese eisartigen Linsen waren
von ihrer makroskopischen Konsistenz nicht massiv genug ausgebildet, um eine signifikante Diffusionsbarriere
darzustellen. Es handelte sich vielmehr um deutlich miteinander verkittete Eiskristalle,
jedoch mit einem noch erkennbaren Porenraum, welcher für den Gastransport ausreichend war. Da
eine durch starke Tauprozesse gebildete, massive und durchgängige Eisschicht während einer weiteren
73

7 Diskussion
7.4 Die Schneedecke als Einflussgröße des diffusiven Methanaustausches zwischen Moor und Atmosphäre
Tauphase nicht wieder in ein erkennbares Einzelkristallgefüge überführt werden kann (DINGMAN
1993), ist davon auszugehen, dass eine solche massive, diffusionshemmende Eisschicht im Winter
2005/2006 in Salmisuo nicht gebildet wurde.
74
Abb. 31: Schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufes der Schneeschmelze 2006 in Salmisuo; zeitliche
Reihenfolge: 1: Ausgangssituation zu Beginn der finalen Schneeschmelze, 2: Schmelzwasser
sammelt sich an der Schneebasis und zahlreiche eisartige Schichten bzw. Linsen bilden sich
temporär, 3: nach Abtauen des Schnees befindet sich Schmelzwasser auf der gefrorenen Mooroberfläche,
4: hydrologische Situation der Vegetationsperiode; To: Torf; ME: Moorwassereisschicht;
PW: Porenwasser nach komplettem Auftauen des Moores; eS: eisähnliche Schichten; Sn:
Schneedecke; SW: Schmelzwasserschicht; Hu: Hummock; Lw; Lawn; Fl: Flark; dunkelgrüne
Pflanzen durchragen das Moorwassereis, hellgüne Pflanzen werden vom Moorwassereis überdeckt.
Da die angesprochenen eisartigen Schichten keinen nachweisbaren Einfluss auf die Methandiffusion
durch den Schnee und damit die Emissionleistungen dieses Gases hatten, mussten andere Prozesse
diffusionsmindernd wirken. Die im Vergleich zu den anderen Messtagen signifikant geringeren
Methanflüsse am 10. April, welche mit der Konzentrationsgradientenmethode ermittelt wurden, und
die besonders hohen Methankonzentrationen an der Schneebasis bzw. direkt über dem anstehenden
Schmelzwasser an diesem und den Folgetagen (13. bis 21. April) belegen dies. Neben der Verringerung
der Porosität mit fortschreitender Schneeschmelze nahm auch der Schmelzwassergehalt im Porenraum
zu. Zeitgleich verringerten sich die mittels Konzentrationsgradientenmethode berechneten
Methanemissionen (vgl. Kapitel 6.4.3). Da sich das Schmelzwasser mit seinen Bindungskräften z. T.
auch an den Eiskristallen anlagerte, kam es mindestens partiell zu einer Verringerung des Porenraumes
und damit wahrscheinlich zu einer Überschätzung des Tortuositätswertes, der mit der Formel
von DU PLESSIS & MASLIYAH (1991) berechnet wurde. Da die Diffusion von Methan durch Wasser
um den Faktor 10 4 langsamer ist (vgl. Kapitel 3.2.3), kann jeder vollständig mit Schmelzwasser gefüll-

7 Diskussion
7.4 Die Schneedecke als Einflussgröße des diffusiven Methanaustausches zwischen Moor und Atmosphäre
te Porenraum der Schneedecke als Emissionsbarriere angesehen werden. Durch das Schmelzwasser
wurde so die Gewundenheit des Porenraumes bezüglich der Diffusionsmöglichkeiten von Methan
erhöht. Die für die Berechnung der Methanflüsse verwendete Tortuositätsberechnung beruht auf
dem Prinzip eines homogenen granularen Mediums (MASSMAN 1998). Teilweise vorhandenes
Schmelzwasser beeinflusst dieses Gefüge jedoch. Folglich kommt es zu einer Überschätzung der Methanflüsse
bei der Anwendung der Formel von MCDOWELL et al. (2000) (Gleichung 2, Kapitel 5.5.1).
Der angesprochene diffusionsmindernde Einfluss des Schmelzwassers war in den unteren Bereichen
der Schneedecke am stärksten ausgeprägt, was sich auch im höchsten Konzentrationsanstieg in diesen
Bereichen wiederspiegelt(vgl. Kapitel 6.4.2).
Neben dem Einfluss des Schmelzwassers im Porenraum konnte auch eine Beeinträchtigung
durch das Schmelzwasser festgestellt werden, welches schichtartig den Porenraum an der Schneebasis
vollständig füllte. Da am 7. April diese Schmelzwasserschicht noch nicht ausgeprägt war (vgl. Abb.
31-1), entsprachen die Methanemissionen jenen, die für die Winterperiode in Salmisuo charakteristisch
sind (vgl. Kapitel 7.2). Die starken Tauaktivitäten in den Folgetagen führten zur flächenhaften
Ausbildung einer Schmelzwasserschicht im Porenraum an der Schneebasis (vgl. Abb. 31-2), was zur
vorübergehenden Herabsetzung der Methanemissionen führte.
Neben der Schneedecke bildete sich über den Winter eine geschlossene Eisschicht im oberen
Bereich des im Moor anstehenden Wassers (Moorwasser). Diese Eisschicht war je nach Mikrostandort
über, unter oder auf gleicher Höhe mit der Vegetation entwickelt. Insbesondere Flarks und sehr
selten Lawn-Bereiche waren von dieser Eisschicht regelrecht überdeckt. In den Hummocks war das
Eis dagegen innerhalb der Vegetation bzw. des Torfes entwickelt. Diese Eislage bestand länger als die
Abtauphase des Schnees andauerte (Abb. 31-3). Bei den Hummocks kam es über die Fläche zu einem
stark heterogenen Abtauen dieser Eislage, in einigen dieser Vegetationstypen konnte sich das Eis bis
zu fünf Tagen nach Abschmelzen des Schnees halten. Demgegenüber waren Lawns zeitnah nach
Abschmelzen der Schneedecke eisfrei, ca. einen Tag später folgten die Flarks. Bei beiden Vegetationsformen
vergingen nicht mehr als maximal drei Tage zwischen Abtauen des Schnees und Abschmelzen
der Moorwassereisschicht. Der von der Schneeschmelze bekannte zeitliche Versatz zwischen den
einzelnen Moorbereichen zeigte sich auch beim Auftauen des Moorwassereises.
Die oberste Schicht des Moorwassers war zu Beginn und während der Schneeschmelze gefroren
(vgl. Abb. 31-1, Abb. 31-2) und stellte damit ein bedeutendes Diffusionshemmnis für Methan aus
dem Moor dar. Solange dieses Eis in der Vegetationsschicht des Moores entwickelt ist, besteht die
Möglichkeit, dass Methan über Diffusionspfade durch die Eisschicht gelangen kann. Solche Diffusionspfade
können kleine Mikrorisse im Pflanzen-Eis-Grenzraum sein oder sich gar im Pflanzengewebe
selbst befinden (MELLOH & CRILL 1996). Im Rahmen dieser Arbeit konnten keine Beprobungen
des Methangehaltes unter der Eisschicht erfolgen. MELLOH & CRILL (1996) ermittelten jedoch einen
Anstieg der Methankonzentration direkt unter der Eisschicht in einem Moor in New Hampshire. Dabei
stellten sie eine hohe Variabilität der Methankonzentrationen über die Fläche fest. Da die Diffusion
von Methan dem höchsten Konzentrationsunterschied folgt (DU PLESSIS & MASLIYAH 1991),
können laterale Methanflüsse innerhalb der Schneedecke vernachlässigt werden. Einzig zu Schneebe-
75

7 Diskussion
7.5 Bedeutung der Schneeeigenschaften für die Methanprozesse im Moor
reichen über Flark-Standorten, welche auf Grund der Überdeckung von gefrorenen Moorwasser geringe
oder gar keine Emissionen aus dem Moor aufwiesen, sind solche Diffusionswege denkbar. Daraus
kann abgeleitet werden, dass die hohe flächenhafte Variabilität der Methanemissionen während
der Auftauphase nicht allein von der Schneedecke sondern auch von der Methanproduktion und den
Transportwegen im anaeroben Bereich (unterhalb des Moorwassereises) des Moores abhängt.
7.5 BEDEUTUNG DER SCHNEEEIGENSCHAFTEN FÜR DIE METHANPROZESSE IM
76
MOOR
Schnee hat einen bedeutenden Einfluss auf die Methanemissionen während der Winterzeit. Er
dämpft durch seine isolierende Eigenschaft atmosphärische Temperatureinflüsse auf den Untergrund
(GROISMAN & DAVIES 2001). Im Zeitraum von 1990 bis 1995 konnte von MELLOH & CRILL (1996) in
einem temperierten Moor in New Hempshire (41° N, Höhe 110 m ü. N.N.) ein Zusammenhang von
Schneehöhe und Frosteinfluss unter der Schneedecke zu Methanflüssen festgestellt werden. In Wintern
mit höherer Schneedecke kam es trotz niedrigerer Temperatur über der Schneeoberfläche zu
geringeren Gefrierprozessen unterhalb des Schnees und zu höheren Torftemperaturen. Die Moorwassereisschicht
dieser Zeiträume war in ihrer Mächtigkeit und Kontinuität geringer ausgeprägt. Dies
hatte zur Folge, dass die Methanemissionen höher waren. So wurden 1995 26 mg CH4 m -2 d -1 bei
47 cm maximaler Schneehöhe im Vergleich zu 1994 mit 59 mg CH4 m -2 d -1 bei 110 cm maximaler
Schneehöhe emittiert. Eine Speicherung von im Sommer gebildetem Methan konnte dabei ausgeschlossen
werden.
Unter Berücksichtigungen der Vorhersagen der zukünftigen Klimaentwicklung, basierend auf
dem zwanzigjährigen Mittel von 1981 bis 2000, ist generell von einer ganzjährigen Erhöhung des
Temperaturmittels um 1,2 °C in den hohen Breiten (60° - 90° nördlicher Breite) im Zeitraum von
2011 bis 2030 auszugehen. Dabei wird eine besondere Erwärmung während der Winterperiode prognostiziert
(+ ca. 2,5 °C). Zusätzlich soll es im Bereich zwischen 60° und 90° nördlicher Breite zu einer
Steigerung der Niederschläge um ca. 4 % kommen, wobei auch hier eine deutlichere Steigerung im
Winter stattfinden soll (KATTSOV & KÄLLÉN 2005). Im gleichen Betrachtungszeitraum soll sich die
Dauer der Schneebedeckung um ca. 5 % verringern (WALSH 2005). Gerade in der borealen Klimazone
werden sich durch diese Veränderungen größere Variabilitäten der Schneeeigenschaften einstellen
(IPCC 2007). Für Finnland geht JYHLÄ et al. (2004), auf Basis der entsprechenden Klimadaten des
dreißigjährigen Mittels von 1961 bis 1990, von einem Anstieg der Durchschnittstemperatur um 1,2
bis 5,0 °C und des Niederschlages um 1 bis 38 % aus.
Durch diese prognostizierte Temperaturerhöhung besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit von
Tauphasen innerhalb des Winters, was einerseits die Heterogenität der Schneedecke erhöhen und
andererseits die Häufung von Schmelzaktivitäten, zumindest in den borealen Moorgebieten Finnlands,
zur Folge haben kann. Höhere atmosphärische Temperaturen bei vergleichbarer Schneemächtigkeit
werden zu höheren Bodentemperaturen führen. Nimmt die Schneedecke durch Zunahme der
winterlichen Niederschläge in Form von Schnee enbenfalls zu, so kommt es zu einer weiteren Anhebung
der Temperaturen unter der Schneedecke in Folge besserer Isolation. Für Salmisuo ist von einer

7 Diskussion
7.6 Schlussfolgerungen
Minderung der Mächtigkeit und Kontinuität der Moorwassereisschicht auszugehen. Damit würde eine
bedeutende Diffusionssperrschicht in ihren Auswirkungen gemindert werden. Kommt es zu einer
Verstärkung der diffusionsmindernden Eigenschaften der Schneedecke, wie Minderung der Porosität
durch Eiskristallumbildung, Schmelzwasser im Porenraum und solchen diffusionssperrenden Eisschichten
in der Schneedecke wie sie von ALM et al. (1999) sowie MELLOH & CRILL (1996) beschrieben
wurden, so werden häufiger hohe Methankonzentrationen innerhalb der Schneedecke auftreten.
Je massiver die gebildeten Eisschichten ausgeprägt sind, desto stabiler verhalten sie sich gegenüber
Tauaktivitäten. Durchgängige massive Eisschichten ohne Porenraum blockieren dabei die Methanemissionen
vollständig und führen zu besonders hohen Konzentrationssteigerungen von Methan
unterhalb dieser Bildungen im Schnee (ALM et al. 1999, MELLOH & CRILL 1995 & 1996). Da im
Schneeporenraum jedoch aerobe Bedingungen vorherrschen, kann Methan in diesen Bereichen von
Mikroorganismen oxidiert werden (ALM et al. 1999, BORKEN et al. 2006, KIM et al. 2007).
Extreme Änderungen der Schneeeigenschaften, wie bei einer intensiven Schneetauperiode, haben
einen sehr hohen Einfluss auf die Diffusionsmöglichkeiten und die Konzentration von Methan
in der Schneedecke. Zudem wirken sie sich direkt oder indirekt auf das Verhältnis von Methanproduzenten
und –konsumenten aus. Werden durch diffusionshemmende Bereiche innerhalb der Schneedecke
die Methanemissionen verringert, kommt es zur Verringerung der Diffusionsgeschwindigkeit von
Methan durch den Schnee. Daraus folgt eine Konzentrationssteigerung unterhalb dieser Bereiche, in
deren Folge sich die methanotrophen Bakterien unter den aeroben Bedingungen innerhalb der
Schneedecke vermehren werden. Damit wird ein größerer Anteil des Methans oxidiert und kann so
nicht mehr in die Atmosphäre diffundieren.
MELLOH & CRILL (1996) konnten zeitliche Unterschiede in der Bildung der Moorwassereisschicht
feststellen. Das über der Vegetation der Flarks befindliche Moorwasser gefror als erstes, gefolgt
von den Lawns. Die Hummocks, in denen sich ebenfalls eine Eisschicht unter der Vegetationsoberfläche
entwickelte, blieben am längsten eisfrei. Durch die höhere Isolationswirkung einer mächtigeren
Schneeauflage oder durch höhere Durchschnittstemperaturen im Winter kann sich diese Eisbildung
verzögern oder deren Mächtigkeit verringern. Außerdem vergrößert sich der anaerobe Bereich,
in dem Methanogenese stattfinden kann. Zudem fördern höhere Temperaturen auf Grund geringerer
kühlender Einflüsse das Wachstum und die Produktionsleistung der methanogenen Bakterien. Dies
sollte zu höheren Methanemissionen aus dem Moor in die Schneedecke und, bei ausreichend hoher
Durchlässigkeit des Schnees gegenüber Methan, auch in die Atmosphäre führen.
7.6 SCHLUSSFOLGERUNGEN
Anhand der vorliegenden Untersuchungen und den daraus hervorgegangenen Ergebnissen lassen
sich folgende Schlussfolgerungen bezüglich der zu Beginn der Arbeit formulierten Fragen (vgl.
Kapitel 2) ziehen:
77

7 Diskussion
7.6 Schlussfolgerungen
78
• Welche flächenhaften und zeitlichen Variabilitäten der Schneeeigenschaften treten in der abschmelzenden
Schneedecke im Moor Salmisuo auf?
Zum Ende des Winters bedeckte eine ebene Schneedecke mit deutlichen reliefausgleichenden
Eigenschaften das Moor Salmisuo. Die sich in ihrer relativen Höhe zueinander unterscheidenden
Mikrostandorte Hummocks, Lawns und Flarks waren an der Schneeoberfläche nicht ersichtlich, wobei
zusammenhängende Hummock-Flächen mit hoher Baumdichte eine höhere Schneeakkumulation
während des Winters aufwiesen. Bis zum Freischmelzen der morphologisch höchsten Mikrostandorte
blieb diese homogene Schneeoberfläche bestehen. Die Schneedecke wies zum Ende geringe Heterogenitäten
auf. Vereinzelt traten eisartige Linsen innerhalb des Schnees auf, welche aber in keinem Zusammenhang
mit den Mikrostandorten standen. Die Schneekristalle waren fast vollständig zu gerundeten
Eiskörnern umgewandelt.
Mit dem Einsetzen der Schneeschmelze verstärkten sich die Heterogenitäten innerhalb der
Schneedecke. Je geringer die Schneemächtigkeit wurde, desto unterschiedlicher verhielten sich die
Eigenschaften der Schneedecke an den Standorten. Auftreten und Mächtigkeiten von eisartigen Linsen
und Schichten verstärkten die flächenhaften wie auch zeitlichen Schwankungen. Eine flächenhafte
Schmelzwasserschicht im Porenraum der Schneebasis wurde permanent beobachtet, während der
Wassergehalt des Porenraumes zunahm und sich die Porosität verringerte.
• Wie verhalten sich die Methanemissionen im Moor Salmisuo während der Auftauphase bezüglich
ihrer zeitlichen Variabilität?
• Gibt es Unterschiede der Methanemissionen zwischen den einzelnen Mikrostandorten Hummock,
Lawn und Flark sowie innerhalb dieser Vegetationsformen?
• Welchen Einfluss haben die Schneeeigenschaften auf den Methanaustausch zwischen Moor
und Atmosphäre?
• Kommt es zu temporärer Speicherung von Methan innerhalb der Schneedecke und gibt es dabei
zeitliche sowie flächenhafte Variabilitäten?
Dynamische Veränderungen von Schnee und Eis während der Schneeschmelze am Ende des
Winters haben einen deutlichen Effekt auf die Methanflüsse in borealen Mooren.
Die Schneedecke stellte ein Diffusionshemmnis für Methanflüsse dar, besonders unter den heterogenen
Veränderungen während der Schneeschmelze wurde die Diffusion teilweise deutlich beeinträchtigt.
Die Erhöhung des Wassergehaltes im Porenraum des Schnees, in Verbindung mit der Akkumulation
von Schmelzwasser an der Schneebasis, führte zum Beginn der Schneeschmelze zu einem
Zusammenbruch der Methanemissionen. Anschließend stiegen die Emissionen wieder an. Dabei
zeigte sich eine hohe zeitliche wie auch räumliche Variabilität, selbst zwischen vergleichbaren Mikrostandorten.
Ein hoher Anteil von Schmelzwasser im Porenraum minderte die Porosität und veränderte
die Tortuosität dahingehend, dass sich die Diffusionspfade der Methanemission aus dem Moor
durch die gesamte Schneedecke verlängerten und in ihrer Anzahl verringerte. Auf Grund dieser die
Diffusion hemmenden Eigenschaften kam es mit beginnender Schneeschmelze zu einem deutlichen

7 Diskussion
7.6 Schlussfolgerungen
Anstieg der Methankonzentrationen im untersten Bereich der Schneedecke. Diese hohen Konzentrationen
bauten sich bis zum kompletten Abschmelzen des Schnees langsam ab, als die Mächtigkeit der
darüber befindlichen, Diffusion bremsenden Schichten, in Folge der Schneeschmelze geringer wurde.
Es liegt nahe, dass durch den längeren Verbleib von Methan in der aeroben Schneedecke methanoxidierende
Mikroorganismen gefördert werden, die Teile des aus dem Moor emittierten Methans abbauen.
• Besitzen Eisschichten innerhalb der Schneedecke sowie gefrorenes Moorwasser einen mindernden
Einfluss auf die Emissionsleistungen von Methan?
Die Existenz einer massiv ausgebildeten Eisschicht und deren Position über oder unter der
Mooroberfläche kann die winterlichen Methanemissionen der jeweiligen Mikrostandorte bedeutend
beeinflussen. Die Abschottung der Flarks durch eine Moorassereisschicht über der Vegetation blockierte
zum Ende des Winters die Methanemissionen dieser Mikrostandorte. Dieses stellt eine Verschiebung
der Verhältnisse zu Lasten der Flarks dar, die während der Vegetationsperiode die bedeutendsten
Methanemittenten sind. Erst mit der fortgeschrittenen Schneeschmelze konnten auch von
diesen Mikrostandorten deutliche Methanemissionen ermittelt werden.
• Sind die bekannten Methoden Konzentrationsgradientenmessungen und Haubenmessungen
zur Bestimmung von Gasemissionen von Mikrostandorten auch während der Schneeschmelze
für Methanemissionen aus einem Moor anwendbar?
Beide Methoden zeigten während der Messungen und bei der Ergebnissauswertung unterschiedliche
Vor- und Nachteile. Bei der Haubenmethode besteht die Gefahr, dass der notwendige
Rahmen zu Beeinflussungen der Schneedecke führen kann. Durch Erwärmung in Folge von Sonneneinstrahlung
kommt es zu deutlichen Temperaturunterschieden zwischen Haubenvolumen und umgebender
Luft. Es besteht dadurch die Gefahr von verstärkter Schneeschmelze unter der Haube. Die
aus den Haubenmessungen berechneten Flüsse geben nur die Situation oberhalb der Schneeoberfläche
wieder und erlauben keine Einschätzung der die Emissionsleistungen neeinflussenden Eigenschaften
der Schneedecke.
Die Konzentrationsgradientenmethode ist wesentlich aufwändiger in der praktischen Durchführbarkeit
und bei der Berechnung der daraus ermittelten Methanemissionen. Dafür gibt sie einen
Einblick in die Verhältnisse innerhalb der Schneedecke und deren Auswirkung auf die Diffusionsmöglichkeiten
für Methan. Die bis dato angewendeten Berechnungsmethoden konnten auf Grund
sehr sprunghafter Konzentrationsanstiege und damit fehlender Linearität des Konzentrationsgefälles
nicht angewendet werden. Durch das Anpassen der Berechnungsformel auf diese Heterogenitäten
konnte eine adäquate und flexible Möglichkeit der Methanflussberechnung entwickelt werden. Ein
geringerer Probennahmeabstand wäre für eine genauere Eingrenzung der Heterogenitäten im Schnee
empfehlenswert. Die Konzentrationsgradientenmethode würde sich gut eignen, um Verhältnisse zwischen
Methankonzentration und Methan oxidierenden Mikroorganismen im Schnee zu untersuchen.
79

7 Diskussion
7.7 Ausblick
Die Ungenauigkeiten beider Methoden lagen jedoch weit unter der flächenhaften und zeitlichen
Variabilität der Methanemissionen. Somit ist nachgewiesen, dass sie sich für Methanflussbestimmungen
während der Schneeschmelze eignen.
7.7 AUSBLICK
Die hier präsentierten Untersuchungen konnten einen guten Einblick in das komplexe Prozessgefüge
von Schneeschmelze und Methanemissionen geben. Jedoch wurden auch Probleme sichtbar,
die im Rahmen dieser Arbeit nicht geklärt werden konnten. Da die verwendeten Methoden bisher für
Betrachtungen der wesentlich homogeneren Prozessverhältnisse der Winterperiode genutzt wurden,
kam es zu einigen Problemen bei der Datenaufnahme und der späteren Datenanalyse. Durch die intensive
Auseinandersetzung mit den Messstrategien im Feld konnten jedoch einige Verbesserungsvorschläge
erarbeitet werden.
Hellhauben erwärmen die eingeschlossene Luft deutlich stärker als Dunkelhauben aus Aluminium.
Letzteren sollte der Einfachheit halber der Vorzug gegeben werden. Mit zusätzlicher Beschattung
könnte zudem der aufheizende Einfluss der Sennenstrahlen minimiert werden.
Die Aufnahme von Konzentrationsgradienten mittels nur eines Probennahmerohres birgt die
Gefahr der Beeinflussung der Schneedecke bei der Probennahme. Zudem verbleiben temporäre Störungen
in der Schneedecke durch den Einstichkanal. Diese Probleme können mit einer veränderten
Probennahmetechnik gemindert bzw. ausgeschlossen werden. So wäre eine feste Installation der
Messgeräte im Vorfeld des Winters möglich. Die Proben könnten über Edelstahlrohre mit vergleichbaren
Eigenschaften der dieser Arbeit zu Grunde liegenden Messgerätes entnommen werden. Dazu
muss eine senkrechte Befestigungsmöglichkeit in das Moor eingebracht werden, an der einzelne Edelstahlrohre
waagerecht im gewünschten Probenahmeabstand angebracht werden. Die Öffnungen müssen
sich entgegengesetzt der Befestigungsmöglichkeit über dem Untersuchungsstandort befinden.
Wenn dieses System einschneit ist eine wesentlich einfachere Probennahme mit deutlich geringeren
Gefahren der Standortsbeeinflussung möglich. Zudem ist garantiert, dass die Proben immer an derselben
Stelle entnommen werden. Da der Mindestabstand der Probennahme dieser Methode durch
die Gasanalytik bestimmt wird, könnte mit entsprechend besseren Analysegeräten, welche weniger
Probengas benötigen, die Probennameabstände verkürzt und somit deren Auflösung im Profil verbessert
werden. Generell ist für die Konzentrationsgradientenmethode eine feingliedrigere Aufnahme
der Schneeeigenschaften ratsam, insbesondere der Schneedichte durch den seitlichen Versatz der
Probennahmepunkte. Dies kann bei der Eingrenzung diffusionsmindernder Schichten innerhalb der
Schneedecke behilflich sein.
Weitere Beachtung sollte den Berechnungsgrundlagen der Konzentrationsgradientenmethode
geschenkt werden. Es besteht das Problem der Fehleinschätzung der Porosität und damit auch Tortuosität
in Folge von Schmelzwasser im Porenraum. Darauf hin angepasste Berechnungsformeln könnten
diese Probleme mindern. Idealerweise sollte die Diffusivität des Schnees für Methan an den jeweiligen
Messtagen direkt untersucht werden. Hierzu müsste in einer zu konstruierenden Messapparatur
80

7 Diskussion
7.7 Ausblick
der Methandiffusionsfluss durch eine ungestörte Schneelagenprobe bei vorgegebenem Konzentrationsgradienten
gemessen werden.
Für ein besseres Verständnis der Methanprozesse während der Schneeschmelze sollten auch
weitere Erkenntnisse über die Beschaffenheit des Moorwassereises, der Methankonzentration darunter,
sowie der absoluten und relativen Verhältnisse von Methan produzierenden und oxidierenden
Mikroorganismen gewonnen werden. Das im Moorwassereis gespeicherte Methan kann Auskunft
über die Produktions- und Emissionsleistungen während der winterlichen Kältephase geben. Dabei
könnte der Methangehalt in horizontaler und vertikaler Ausprägung im Eis Aussagen zu räumlicher
und zeitlicher Konzentrationsunterschiede geben. Gerade für die Abschätzung der Methanbildung
überfrierender Flark-Standorte könnte dies hilfreich sein. Weiterhin wären Untersuchungen zu Diffusionsmöglichkeiten
durch das Moorwassereis sehr aufschlussreich, gerade bei Hummocks oder Flarks
um die Emissionspfade in die Schneedecke besser eingrenzen und verstehen zu können. Saug- oder
Drucktests mit eingefärbten Aerosolen oder Liquiden wären eine Möglichkeit dafür.
Um die zukünftigen klimatischen Veränderungen in ihren Auswirkungen auf die Methanprozesse
borealer Moore besser verstehen zu können sind weitere Erkenntnisse zum Wesen des Methanogenese
und der Methanoxidation unter heterogenen Bedingungen nötig, wie sie unter Einfluss von
Schneeschmelzeereignissen auftreten. Gerade wenn die Methanemission sperrende Schichten sich
schon zu Beginn oder während der Winterperiode bilden, sind Erkenntnisse über das Oxidationspotential
von Methan in den Bereichen der Schneedecke interessant, in denen es zu einer höheren Methanakkumulation
kommt. Konzentrationsprofilmessungen von Methan unter der Moorwassereisschicht
könnten demgegenüber die Bedingungen der Methanproduktion in ihrer Tiefenabhängigkeit
unter dem Eis sowie ihrer Reaktion auf steigende und fallende Temperaturen verdeutlichen.
Abschließend bleibt festzuhalten, dass auf Grund der deutlichen Hinweise eines nicht unbedeutenden
Einflusses der Schneeschmelze auf die Methanflüsse in schneebedeckten borealen Mooren
sowohl auf der Ebene der Prozessforschung hinsichtlich der Methanflüsse als auch deren Mess- und
Analysemethodik, gerade vor dem Hintergrund des Klimawandels, weiterer Forschungsbedarf besteht.
81

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91

Abbildungsverzeichnis
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abb. 1: Prinzipien der Methanbildung und des Gasaustausches zwischen Torfkörper und
Atmosphäre bei Anwesenheit eines Pflanzenbestandes mit aktivem internem
Gastransportsystem (Aerenchymen) (aus: Augustin 2001)......................................................5
Abb. 2: Lage des Untersuchungsgebietes Salmisuo; 1: Übersichtskarte Finnland
(Kartengrundlage: Wikipedia 2007, ergänzt durch Autor); 2: Regionale Lageeinordnung
(Kartengrundlage: Google Maps 2007, ergänzt durch Autor); 3: Moor Salmisuo und
Forschungsstation Mekrijärvi (Digital Globe 2005, ergänzt durch Autor)............................8
Abb. 3: Langjähriges monatliches Mittel von Temperatur und Niederschlag der Messstation
Ilomantsi (62° 46’ N, 30° 56’ E); rote Linie: Temperatur; blaue Fläche: Niederschlag;
Temperatur und Niederschlagsdaten wurden Drebs et al. (2002) entnommen. .................10
Abb. 4: Jährlicher Verlauf der Schneemächtigkeiten der Winter 1996/97 bis 2005/06 in
Mekrijärvi; die Schneehöhenmessung erfolgte immer um 8:00 Uhr vormittags; senkrechte
graue Linie: Beginn der Datenaufnahme der vorliegenden Arbeit; Datengrundlage: FMI
(2006). ............................................................................................................................................11
Abb. 5: Mikrostandorte Hummock (Hu), Lawn (Lw) und Flark (Fl) mit jeweiligen
Abstandsangaben zum Moorwasserspiegel (MW) nach Eurola et al. (1984). .....................12
Abb. 6: Mikrostandorte mit Rahmen für Haubenmessungen; Hu: Hummock, Lw: Lawn, Fl:
Flark; zwischen der Vegetation des Flarks sind kleinere Bereiche offen anstehenden
Moorwassers zu erkennen...........................................................................................................13
Abb. 7: Position der Schneetransekte im April 2006 in Salmisuo. Rot: Positionen der
Schneetransekte (a) und (b); A-C: Untersuchungsbereiche der Gasflussmessungen durch
die Schneedecke; schwarzer Kreis: Einzugsbereich der Eddy-Kovarianz-Messstation
(Footprint); schwarze Linie: Bretterweg (Boardwalk) (Digital Globe 2005, ergänzt durch
Autor).............................................................................................................................................15
Abb. 8: Schneehöhenmessung in Salmisuo beim Ablaufen des Transektes b (vgl. Abb. 7)............16
Abb. 9: Schneedichtemessungen in Salmisuo; a: Probennahme mittels Rohr (Innendurchmesser:
10,3 cm, Höhe: 70 cm); b: Auswiegen der Schneeprobe mit Federwage.............................17
Abb. 10: Lage der einzelnen Messpunkte der Konzentrationsgradientenmessung im Schnee: A-C:
Untersuchungsbereiche; Nummern kennzeichnen einzelne Messstandorte, Farben ebenso
in Tab. 1; braun: Hummocks; grün: Lawns; blau: Flark. Das Luftbild wurde von T. Becker
(Universität Greifswald) am 24.04.2006 aufgenommen. ........................................................20
92

Abbildungsverzeichnis
Abb. 11: Probennahme in 10 cm Schneetiefe in Salmisuo im Rahmen der
Konzentrationsgradientenmethode am Untersuchungsstandort B1.................................... 21
Abb. 12: Prinzip der Probennahme bei Messungen des Konzentrationsgradienten im Schnee (nicht
maßstabsgetreu): A: Aufbau des Probennahme; B: Ablauf einer Probennahme; B1+B3:
Die Ventilstellungen erlauben nur das Absaugen von Luft aus dem Edelstahlrohr;
B2+B4: Ventilstellung beim Edelstahlrohr verhindert das Eindringen von Fremdluft. ... 22
Abb. 13: Messanordnung der Bestimmung der Konzentrationsgradienten von CH4 im Schnee
(nicht maßstabsgetreu): A: 10 cm Gradientenprofil; B: Probennahme am Schneegrund; C:
Probennahme an der Schneeoberfläche. ..................................................................................23
Abb. 14: Probennahme während einer Haubenmessung am Untersuchungsstandort HB in
Salmisuo.........................................................................................................................................24
Abb. 15: Funktion der Haubenmethode: A: Probenspritze; B: verschließbarer Spritzenanschluss; C:
Thermometer; D: verschließbare Druckausgleichsöffnungen; E: Ventilator; F:
Druckausgleichsschlauch, ca. 5 m lang; G: wassergefüllter Rahmen für luftdichten
Abschluss der Haube; X: aerober Bereich des Moores; Y: anaerober Bereich des Moores;
Methanemmisionspfade: M1: pflanzenvermittelter Transport, M2: Diffusion, M3:
Ebullition.......................................................................................................................................25
Abb. 16: Verlauf der Temperaturen in Salmisuo April / Mai 2006; grau: Untersuchungszeitrum der
Methanemissionen durch die Schneedecke, rot-gestrichelt: Tageshöchstwerte, schwarzdurchgehend:
Tagesmittelwerte, blau-gepunkted: Tagestiefstwerte. .................................... 37
Abb. 17: Schneetransekt a im Untersuchungsgebiet der Methankonzentrationsgradienten; schwarze
Linie: Schneemächtigkeiten, rote Dreiecke: Porosität der Schneedecke. Es besteht kein
Zusammenhang zwischen Schneehöhe und Porosität. Das Bestimmtheitsmaß war bei
einer linearen Regression mit R2 = 0,2114 noch am Besten. Dabei konnte mit den
gewählten Untersuchungsmethoden der Schneetransekte kein deutlicher Unterschied in
der Beschaffenheit des Schnees festgestellt werden, der die Unterschiede in der Porosität
des Schnees über die Fläche erklären konnte...........................................................................38
Abb. 18: Schneetransekt b; A: Vegetations- und Mooreisverhältnisse unter der Schneebasis, grünschräge
Schraffur: Mächtigkeit der Vegetationsschicht zwischen Schneebasis und
Mooreis, blau-waagerechte Schraffur: Mächtigkeit und Position des Mooreises; B:
Schneemächtigkeit; C: Porosität des Schnees. Ein Zusammenhang der Porosität des
Schnees mit der Schneehöhe sowie dem Vorhandensein und den Mächtigkeiten von
Vegetation und Eis unter dem Schnee besteht nicht (jeweils R² < 0,1)............................... 39
Abb. 19: Schneehöhe und Höhe des Schmelzwassers während der Messungen im Frühjahr 2006 in
Salmisuo; Vierecke: Schneehöhe, Kreise: Schmelzwasserhöhe über Moor- bzw.
Mooreisoberfläche. ......................................................................................................................40
93

Abbildungsverzeichnis
Abb. 20-1: Zeitliche Veränderungen der Schneedeckenverhältnisse in Salmisuo; Fortsetzung siehe
Abb. 20-2.......................................................................................................................................42
Abb. 20-2: Zeitliche Veränderungen der Schneedeckenverhältnisse in Salmisuo nach
Schneeprofiansprache der drei Untersuchungsbereiche A, B und C (vgl. Kapitel 5.1.1,
Abb. 7 & Kapitel 5.3.1, Abb. 10); Die Felduntersuchungen der Schneeprofile wurden an
den Tagen der Konzentrations-gradientenmessungen von CH4 innerhalb der
Schneedecke durchgeführt; die Zahlen der einzel-nen Graphen geben das Datum der
Untersuchung wieder, die Buchstaben das Untersuchungs-gebiet (Bsp.: 7-B steht für
Untersuchung vom 7. April in Standortsbereich B). Zum 21. April waren sinnvolle
Aufnahmen nur noch im Untersuchungsbereich C möglich, da die Schneeaufla-ge über
dem Schmelzwasser der Profilbereiche A und B mit ca. 5 cm zu gering für eine Beprobung
mit den zur Verfügung stehenden Methoden war.........................................................43
Abb. 21: Dokumentation der Schneeschmelze, das Blickfeld (> 180°) wird zu beiden Seiten von
dem geradlinig verlaufenden Boardwalk begrenzt. 18.04.06: der „nasse“ Schnee bedeckt
noch vollständig das Moor, jedoch sind Tauerscheinungen erkennbar.; 23.04.06: die
oberen Bereiche der Hummocks sind frei von Schnee, Schmelzwasserbereiche ohne
Schnee sind sichtbar; 24.04.06: es bilden sich Spuren eines langsamen, WNW gerichteten
Schmelzwasserflusses heraus; 25.04.06: nur noch einzelne Inseln von Schnee an Stellen
ohne direkten Kontakt zum abfließenden Schmelzwasser; 26.04.06: der Schnee im
Abflussbereich des Schmelzwassers ist vollständig verschwunden, der Wasserspiegel sinkt
langsam ab. Die Schneeschmelze im Bereich der Konzentrationsmessungen endete am
27. April, der letzte Schnee im gesamten Moor Salmisuo war am 01. Mai geschmolzen..45
Abb. 22: Schrägbildaufnahmen des Schmelzwasserabflusses in Salmisuo; A-C: Bereiche der
Methanemissionsmessungen im Schnee; Aufnahmewinkel der Bilder ist schwankend,
Aufnahmehöhe zwischen 200 und 250 m über der Mooroberfläche...................................47
Abb. 23-1: Methankonzentrationen in der Schneedecke aller analysierten Lawn-Standorte vom 7.
April bis 21. April 2006 in Salmisuo; A1-C2: jeweiliger Untersuchungsstandort; Symbole:
Methankonzentrationen in entsprechender Schneetiefe an den verschiedenen Messtagen;
Linien: aus den Konzentrationsmessungen berechnete lineare Regressionsgeraden, die für
die Berechnung der Methanflüsse verwendet wurden. Die Regressionsgeraden enden in
der Tiefe an dem Punkt, der als tiefstgelegener in die Berechnung der Regressionsgeraden
einfloss. ..........................................................................................................................................50
94

Abbildungsverzeichnis
Abb. 23-2: Methankonzentrationen in der Schneedecke der analysierten Humock- (A3, B3, C3) und
des Flark- (C1) Standortes vom 7. April bis 21. April 2006 in Salmisuo; A3-C3 & C1:
jeweiliger Un-tersuchungsstandort; Symbole: Methankonzentrationen in entsprechender
Schneetiefe an den verschiedenen Messtagen; Linien: aus den Konzentrationsmessungen
berechnete lineare Regres-sionsgeraden, die für die Berechnung der Methanflüsse
verwendet wurden. Die Regressionsge-raden enden in der Tiefe an dem Punkt, der als
tiefstgelegener in die Berechnung der Regressi-onsgeraden einfloss. .................................. 51
Abb. 24-1: Lawn-Standorte: Methankonzentrationen des tiefsten Messpunktes der
Konzentrationsgradientenmessung im Verlauf der Schneeschmelze; die Fehlerbalken
repräsentieren die Standardabweichungen der Mittelwerte. .................................................. 53
Abb. 24-2 : Hummock- und Flark-Standorte: Methankonzentrationen des tiefsten Messpunktes der
Konzentrationsgradientenmessung im Verlauf der Schneeschmelze, die Fehlerbalken
repräsen-tieren die Standardabweichungen der Mittelwerte.................................................. 53
Abb. 25: Methanflüsse der Lawnstandorte (A1, A2, B1, B2, C2) während der Schneeschmelze in
Salmisuo; Symbole: Methanflüsse, ermittelt mit der Konzentrationsgradientenmethode;
Fehlerbalken geben den Standardfehler (inkl. Fehlerfortpflanzungsrechnung) wieder; ist
kein Fehlerbalken vorhanden, war die Schneemächtigkeit zu gering um ausreichend
Messungen durchzuführen, um den Standardfehler zu bestimmen..................................... 54
Abb. 26: Methanflüsse der Hummockstandorte (A3, B3, C3) und des Flarkrstandortes (C1)
während der Schneeschmelze in Salmisuo; Symbole: Methanflüsse, ermittelt mit der
Konzentrationsgradientenmethode; Fehlerbalken geben den Standardfehler (inkl.
Fehlerfortpflanzungsrechnung) wieder; ist kein Fehlerbalken vorhanden, war die
Schneemächtigkeit zu gering um ausreichend Messungen durchzuführen, um den
Standardfehler zu bestimmen..................................................................................................... 55
Abb. 27: Methanflüsse nach Vegetationsformen (gemittelt); blauer Kreis: Flark, rote Dreiecke:
Lawns, schwarze Vierecke: Hummocks; Fehlerbalken geben die Standardabweichung der
Parallelen wieder; grüne gestrichelte Linie: Schneehöhe, blaue gepunktete Linie:
Schmelzwasserhöhe. ....................................................................................................................58
Abb. 28: Methankonzentrationen der Haubenmessungen über der Schneedecke des Flarks HF im
Untersuchungsbereich C und die linearen Regressiongeraden als Grundlage der
Flussberechnungen. .....................................................................................................................60
Abb. 29: Methankonzentrationen der Haubenmessungen über der Schneedecke der Lawns in den
Untersuchungsbereichen B (Lawn HB) und A (Lawn HA) und die linearen
Regressionsgeraden als Grundlage der Flussberechnungen.................................................. 61
Abb. 30: Aus Haubenmessungen berechnete Methanflüsse; Fehlerbalken geben den Standardfehler
nach Fehlerfortpflanzung wieder...............................................................................................62
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Abbildungsverzeichnis
Abb. 31: Schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufes der Schneeschmelze 2006 in Salmisuo;
zeitliche Reihenfolge: 1: Ausgangssituation zu Beginn der finalen Schneeschmelze, 2:
Schmelzwasser sammelt sich an der Schneebasis und zahlreiche eisartige Schichten bzw.
Linsen bilden sich temporär, 3: nach Abtauen des Schnees befindet sich Schmelzwasser
auf der gefrorenen Mooroberfläche, 4: hydrologische Situation der Vegetationsperiode;
To: Torf; ME: Moorwassereisschicht; PW: Porenwasser nach komplettem Auftauen des
Moores; eS: eisähnliche Schichten; Sn: Schneedecke; SW: Schmelzwasserschicht; Hu:
Hummock; Lw; Lawn; Fl: Flark; dunkelgrüne Pflanzen durchragen das Moorwassereis,
hellgüne Pflanzen werden vom Moorwassereis überdeckt. ...................................................74
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TABELLENVERZEICHNIS
Abbildungsverzeichnis
Tab. 1: Messstandorte in den Untersuchungsbereichen gegliedert nach Vegetationstypen. .................. 20
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