Methan: Quellen und Senken

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.

Methan: Quellen und Senken

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.

Während der 2000er Jahre lag der Anteil der natürlichen Methanquellen an den gesamten globalen Emissionen von Methan bei 35-50 %. Über die Mengen, die von einzelnen Quellen emittiert werden, besteht große Unsicherheit. Die wichtigste natürliche Quelle sind Feuchtgebiete, aus denen 177-284 Tg1 Methan pro Jahr entweichen, vor allem in den Tropen, aus denen Anfang der 2000er Jahre 70 % der Emissionen aus den globalen Feuchtgebieten stammten, und in borealen Breiten. Auch Termitenhügel sind mit ca. 11 Tg/Jahr eine wichtige Quelle.2 Außerdem gibt es geologische Quellen, über deren Größenordnung jedoch große Unklarheiten bestehen, wie Ausgasungen aus dem Ozean und aus der Erdkruste sowie Methanhydrate an den Kontinentalrändern der Ozeane.

50 bis 65 % der globalen Methan-Emissionen der 2000er Jahre stammen aus anthropogenen Quellen.2 Die wichtigste anthropogene Quelle ist mit 87-94 Tg/Jahr die Viehzucht von Wiederkäuern, insbesondere Rindern, die bei der Verdauung Methan produzieren. Indien, China, Brasilien und die USA tragen hierzu am meisten bei. Allein aus Indien, dem Land mit der höchsten Rinderpopulation der Welt, stammten im Jahr 2003 11,8 Tg/Jahr. Eine weitere wichtige anthropogene Quelle ist der Nassreisanbau mit 33-40 Tg/Jahr, auf dessen überschwemmten Feldern anaerobe Fäulnisprozesse ablaufen. 90 % dieser Emissionen stammen aus dem tropischen Asien, vor allem aus China und Indien. Außerdem spielen die Gewinnung und der Transport von Gas mit 85-105 Tg/Jahr und der Kohlebergbau eine bedeutende Rolle. Auch Mülldeponien und die Verbrennung von Biomasse werden als wichtige Quelle genannt.2


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

Abb. 1: Natürliche (grün) und anthropogene (rot) Methanquellen und Methansenken in Teragramm5

Senken

In der Atmosphäre hat Methan eine verhältnismäßig kurze Verweilzeit von 9 Jahren.3 Die wichtigste Senke ist die chemische Reaktion mit dem Hydroxyl-Radikal OH in der Troposphäre:

OH + CH4 -> CH3 + H2O

Durch diesen Prozess werden pro Jahr 528 Tg Methan aus der Atmosphäre entfernt. Außerdem wird ein geringer Teil vom Boden aufgenommen (28 Tg/Jahr) und in der Stratosphäre durch Reaktion mit OH, Cl und O umgewandelt (51 Tg/Jahr).4

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 OH

Die 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

Abb. 2: Mittlere globale OH-Konzentration6

Anmerkungen:
1. 1 Tg = 1 Teragramm = 1 Megatonne = 1 Million Tonnen
2. IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 6.3.3.2
3. IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 6.3.3.3
4. IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, Table 6.8
5. Eigene Darstellung; Daten nach IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 6.3.3.2 und 6.3.3.3
6. IPCC Eigene Darstellung nach IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Figure 2.8

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