Methan: Atmosphärische Konzentration

Nach Kohlendioxid ist Methan das zweitwichtigste Treibhausgas. Die starke Wachstumsrate der letzten 10 Jahre und die schwächere Zunahme der CO2-Konzentration haben die relative Bedeutung von Methan für den anthropogenen Treibhauseffekt erhöht.

Methan: Atmosphärische Konzentration

Änderungen der atmosphärischen Methan-Konzentration in den letzten 640 000 Jahren

Abb. 1: Änderungen der atmosphärischen CH4-Konzentration in den letzten 640 000 Jahren sowie Schwankungen von Deuterium als Proxy (Stellvertreterdaten) für Temperatur im arktischen Eis.3

Während der letzten 650 000 Jahre schwankte die Methankonzentration der Atmosphäre zwischen 400 und 700 ppb. Seit Beginn der Industrialisierung um ca. 1750 hat sich die Methankonzentration von ca. 722 ppb auf ca. 1803 ppb im Jahre 2011 mehr als verdoppelt.1 Der aktuelle Wert ist in den letzten 650 000 Jahren beispiellos. In der Nacheiszeit, dem Holozän, schwankte die atmosphärische Konzentration von Methan zwischen 600 und 700 ppm. Vom Letzten Glazialen Maximum (LGM) bis zum frühen Holozän verdoppelte sich der Methangehalt nahezu auf ca. 700 ppb. Er nahm anschließend bis 5000 v.h. auf ca. 600 ppb ab, um dann jedoch wieder auf ca. 700 ppb anzusteigen.1a Die Ursache für den leichten Rückgang im mittleren Holozän wird in einer orbitalen Abkühlung und deren Folgen für den tropischen Monsun gesehen, die für den erneuten Anstieg ab 5000 v.h. ist umstritten. Einige Forscher sehen den Grund im Beginn des Reisanbaus auf bewässerten Feldern in China und Indien sowie in der beginnenden Viehzucht in Nordafrika und im Nahen Osten. Nach anderen Untersuchungen könnten auch natürliche Prozesse die Ursache sein.1b

Während frühere Daten aus in Eis oder Firn eingeschlossenen Luftbläschen stammen, wird die Methankonzentration seit 1983 direkt in der Atmosphäre und global repräsentativ gemessen. In dieser Zeit ist die Methankonzentration noch einmal um 30% angestiegen. Die Wachstumsrate der Methanzunahmen ist allerdings seit den frühen 1980er Jahren bis 2005 auf nahezu Null zurückgegangen. Dieser Rückgang ist in der Forschung bis heute nicht hinreichend verstanden. Die Hypothesen reichen von einer geringeren anthropogenen Emission bis zu Veränderungen in den Senken. Bei der wichtigsten Senke, der Reaktion mit dem Hydroxyl-Radikal OH, lassen sich allerdings keine nennenswerten Änderungen nachweisen. Der Rückgang der anthropogenen Emission kann zum einen durch den wirtschaftlichen Zusammenbruch der früheren Sowjetunion erklärt werden. Aber auch Änderungen in den Methoden des Reisanbaus, besonders in China, bei dem neue Sorten weniger lange Bewässerungszeiten erfordern, kommen in Frage. Hinzu kommen möglicherweise längere Trockenperioden in den nördlichen Feuchtgebieten.2

Auffällig an der Wachstumsrate der Methankonzentration sind die starken jährlichen Schwankungen. Für einige dieser Schwankungen in den letzten 25 Jahren sind Erklärungen versucht worden. So ist der Abfall der Wachstumsrate im Jahre 1992 mit dem Ausbruch des Mt. Pinatubo in Verbindung gebracht worden. Bei dem Vulkanausbruch sind große Mengen an Aerosolen und Schwefeldioxid in die untere Stratosphäre geschleudert worden, die die photochemischen Prozesse und die Entfernung von CH4 durch OH negativ beeinflusst haben sollen. Möglicherweise waren auch durch die geringeren Temperaturen und Niederschläge infolge des Pinatubo-Ausbruchs die Emissionen aus Feuchtgebieten reduziert. Umgekehrt hat die deutliche Zunahme der Wachstumsrate 1998 nach Ansicht mancher Forscher mit der Erwärmung durch den El Niño 1997/98 zu tun, die die Emission aus Feuchtgebieten und die Verbrennung von Biomasse in der borealen Klimazone gefördert haben könnte.4

Methankonzentration 1987-2017
Abb. 2:
Methankonzentration 1987-20175

Im Jahre 2007 gab es jedoch eine deutliche Wende in der Entwicklung der Methankonzentration (s. Abb. 2). Die Konzentration stieg wieder an und liegt inzwischen bei über 1850 ppb. Die durchschnittliche Steigerungsrate lag 2007-2015 bei 6,9 ppb pro Jahr, 2014 sogar bei 12,5 ppb und 2015 bei 9,9 ppb. Ob sich hier bereits zusätzlich das Auftauen des Permafrostbodens in der Arktis bemerkbar macht, ist ungeklärt.6 Andere Gründe können zunehmende Emissionen aus der wachsenden Energieproduktion in China und Indien sein oder stärkere Emissionen aus tropischen Feuchtgebieten.7 Nach einer neueren Untersuchung8 liegen die Quellen sowohl der natürlichen wie der anthropogenen globalen Emissionen, die sich 2003-2012 auf 559 Tg/Jahr beliefen, zu Zweidritteln in den Tropen. Die Zunahme der Methan-Emissionen nach 2007 stammt hiernach primär aus landwirtschaftlichen Quellen, die sich hauptsächlich in Afrika und Asien befinden. Ein vorübergehendes starkes Wachstum ging auch von den Waldbränden in Indonesien infolge der El-Niño-Bedingungen 2015/16 aus. Die Emissionen aus Gewinnung, Transport und Verarbeitung von fossilen Brennstoffen gingen dagegen seit 2000 zurück, ebenso die Verbrennung von Biomasse.

Anmerkungen:
1. IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 2.2.1.1.2
1.a IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, Figure 6.6
1.b. Ruddiman, W.F. (2007): The early anthropogenic hypothesis: challenges and responses. Reviews of Geophysics 45:RG4001; IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 6.2.2.2
2. Heimann, M. (2011): Enigma of the recent methane budget, Nature 476, 157-158; IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 6.3.3.1
3. Eigene Darstellung nach Spahni, R., et al. (2005): Atmospheric methane and nitrous oxide of the late Pleistocene from Antarctic ice cores. Science, 310, 1317-1321; und IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Figure TS.1
4. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 2.3.2
5. Verändert nach Earth System Research Laboratory (NOAA): CH4 Mauna Loa - interaktive Visualisierung; Lizenz: NOAA public domain: Use of Data and Products
6. Mascarelli, A.L. (2009): A sleeping giant?, Nature Reports, Climate change 3, 46-49
7. IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 6.3.3.1
8. Saunois, M., R.B. Jackson, P. Bousquet, B. Poulter and J.G. Canadell (2016): The growing role of methane in anthropogenic climate change, Environmental Research Letters 11, doi:10.1088/1748-9326/11/12/120207