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Methan: Quellen und Senken

von Dieter Kasang

Das Treibhausgas Methan in der Atmosphäre entstammt sowohl natürlichen wie anthropogenen Quellen. Es entsteht in der Regel bei Fäulnisprozessen unter anaeroben Bedingungen. Anders als Kohlendioxid wird es durch chemische Reaktionen aus der Atmosphäre entfernt.

 

Quellen

Methan (CH4) ist ein Treibhausgas, das sowohl aus natürlichen (z.B. Sümpfen, Termiten, Wäldern) als auch anthropogenen Quellen (z.B. Reisfeldern, Mülldeponien oder Erdgasgewinnung und -transport) stammt. Das Gas entsteht in der Regel bei Fäulnisprozessen unter anaeroben Bedingungen (d.h. unter Luftabschluss) mit Beteiligung von Mikroorganismen.

Über die Mengen, die von einzelnen Quellen emittiert werden, besteht große Unsicherheit. Die wichtigste natürliche Quelle sind Feuchtgebiete, aus denen 140-230 Tg1 Methan pro Jahr entweichen, vor allem in den Tropen, aus denen 70 % der Emissionen aus den globalen Feuchtgebieten stammen, und in borealen Breiten.2 Auch Termitenhügel sind mit 20-30 Tg/Jahr eine wichtige Quelle. Andere natürliche Quellen, über deren Größenordnung Unklarheit besteht, sind Ausgasungen aus dem Ozean und aus der Erdkruste, natürliche Waldbrände, wilde Tiere und Methanhydrate an den Kontinentalrändern der Ozeane. Seit einigen Jahren werden auch Wälder als wichtige natürliche Quelle diskutiert, von denen unter aeroben Bedingungen ohne Beteiligung von Mikroorganismen und unter UV-Einfluss Methan direkt in die Atmosphäre emittiert wird. Die Menge der Emissionen wird vom IPCC mit 10-60 Tg angeben.3 Andere Quellen schätzen die Emissionen auf 50-100 Tg.4

Etwa 60 % der gegenwärtigen Methan-Emissionen von jährlich fast 600 Tg stammen aus anthropogenen Quellen. Die wichtigste anthropogene Quelle ist mit 80-90 Tg/Jahr die Viehzucht von Wiederkäuern, insbesondere Rindern, die bei der Verdauung Methan produzieren. Eine weitere wichtige anthropogene Quelle ist der Nassreisanbau mit ca. 60 Tg/Jahr, auf dessen überschwemmten Feldern anaerobe Fäulnisprozesse ablaufen. Außerdem spielen der Transport von Gas und der Kohlebergbau eine bedeutende Rolle. Auch Mülldeponien und die Verbrennung von Biomasse werden als wichtige Quelle genannt.5


Natürliche (grün) und anthropogene (rot) Methanquellen und Methansenken in Teragramm
Natürliche (grün) und anthropogene (rot) Methanquellen und Methansenken in Teragramm

(Eigene Darstellung; Daten nach IPCC 2007 und Browling 2009)

Abb. 1: Natürliche (grün) und anthropogene (rot) Methanquellen und Methansenken in Teragramm6

Senken

In der Atmosphäre hat Methan eine verhältnismäßig kurze Verweilzeit von 12 Jahren.7 Die wichtigste Senke ist die chemische Reaktion mit dem Hydroxyl-Radikal OH in der Troposphäre: OH + CH4 -> CH3 + H2ODurch diesen Prozess werden pro Jahr 511 Tg Methan aus der Atmosphäre entfernt. Außerdem wird ein geringer Teil vom Boden aufgenommen (30 Tg/Jahr) und in der Stratosphäre durch Reaktion mit OH, Cl und O umgewandelt (40 Tg/Jahr).8

Das Hydroxyl-Radikal (OH), das nicht nur Methan, sondern auch andere klimatisch und toxisch wichtige Spurenstoffe wie Stickoxide und Kohlenmonoxid kontrolliert, entsteht hauptsächlich durch die photolytische Spaltung von Ozon (O3 + hv -> O + O2). Elektronisch angeregte O-Atome reagieren anschließend mit Wasserdampf zu Hydroxyl-Radikalen: O* + H2O -> 2 OHDie im globalen Mittel wichtigsten Senken für OH sind die Reaktion mit Kohlenmonoxid (CO) und CH4. Es reagiert aber außerdem mit einer Reihe von anderen Spurengasen. Diese Reaktionen führen häufig zur Entstehung von H2O-Radikalen, durch die es über eine Reaktion mit O3 oder NO wieder zur Entstehung von OH kommt. Aufgrund dieser und anderer Reaktionen unterliegt auch die OH-Konzentration (und damit auch die Reaktion mit Methan) Schwankungen im Laufe der Zeit. Eine wichtige Rolle spielen in diesem Zusammenhang Waldbrände, die große Mengen an Kohlenmonoxid emittieren. So sind wahrscheinlich die starken Waldbrände in Indonesien als Folge des El Niño von 1997/98 für das Minimum der globalen OH-Konzentration in den letzten Jahrzehnten verantwortlich. Nach dem Maximum um 1990 und dem Minimum um 1997/98 hat die OH-Konzentration wieder zugenommen (Abb. 2).

 

Mittlere globale OH-Konzentration
Mittlere globale OH-Konzentration

(Eigene Darstellung nach IPCC (2007): Climate Change 2007, WG I, Figure 2.8)

Abb. 2: Mittlere globale OH-Konzentration9

Anmerkungen:
1. 1 Tg = 1 Teragramm = 1 Megatonne = 1 Million Tonnen
2. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Table 7.6
3. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 7.4.1.1
4. Bowling, D.R., et al. (2009): Soil and plant contributions to the methane flux balance of a subalpine forest under high ultraviolet irradiance, Biogeosciences Discussions 6, 4765-4801 5. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 7.4.1.1 und Table 7.6
6. Eigene Darstellung; Daten nach IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Table 7.6, Daten "Wälder" nach Bowling, D.R., et al. (2009): Soil and plant contributions to the methane flux balance of a subalpine forest under high ultraviolet irradiance, Biogeosciences Discussions 6, 4765-4801
7. IPCC IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Table 2.14
8. IPCC Daten nach IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Table 7.6
9. IPCC Eigene Darstellung nach IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Figure 2.8