image: Sediment core with gas hydrate, drilled by the research vessel 'Chikyu'. view more
Credit: JAMSTEC
Im Meeresboden gibt es zahlreiche Mikroorganismen, die im globalen Kohlenstoffkreislauf eine wichtige Rolle spielen. Bisher ist jedoch kaum verstanden, wie groß der Einfluss geodynamischer Prozesse wie etwa das Abtauchen ozeanischer Erdkrustenplatten auf diese mikrobielle Aktivität und damit auf die Kohlenstoffbilanz ist. Neue Hinweise liefert nun die Studie eines internationalen Forscherteams, an der auch Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ beteiligt sind. Sie bohrten bis zu 200 Meter tief in einen Unterwasser-Schlammvulkan hinein. Anhand der gewonnenen Proben stellten sie fest, dass die Mikroorganismen im Sediment ausgesprochen rege sind und rund 90 Prozent des Methans bilden, das dort aus der Tiefe entweicht. Offenbar wurde die Rolle der Schlammvulkane im globalen Methankreislauf bisher deutlich unterschätzt, lautet das Fazit des Teams.
Unterwasser-Schlammvulkane finden sich an aktiven Plattenrändern, wo ozeanische Kruste unter kontinentale abtaucht (subduziert wird). Während der Meeresboden unter den Kontinent geschoben wird, bleiben die obersten Sedimentschichten am Fuß des Kontinents - wie an einem Hobelmesser - hängen. Nachschiebendes Sediment presst sie zusammen. In diesem aufgeschobenen Sedimentpaket, dem sogenannten Akkretionskeil, werden Flüssigkeiten sowie Material mit geringer Dichte aus tieferen Schichten nach oben gedrückt. An der Oberfläche des Meeresbodens bilden sich dann Schlammvulkane, die statt Lava dünnflüssiges Sediment sowie Wasser und Gase fördern.
Einen solchen Schlammvulkan, gelegen im Nankai-Trog vor Japan, haben die Forscherinnen und Forscher mit Hilfe des japanischen Bohrschiffs Chikyu" näher untersucht. Wie das Team um den Studienleiter Akira Ijiri vom Forschungszentrum JAMSTEC schreibt, erhebt sich der Berg" namens KMV#5 zwischen 112 und 160 Meter über den umgebenden Ozeanboden; allein in dieser Region gibt es 13 weitere Schlammvulkane am Grund des Pazifiks. In den Proben, die bis zu 200 Meter tief aus dem Sediment gewonnen worden waren, entdeckten die Forscher unter anderem helle Bruchstücke.. Dabei handelt es sich um Gashydrat: eine Methan-Wasser-Verbindung, die unter bestimmten Temperatur-Druck-Bedingungen weder flüssig noch gasförmig, sondern fest ist.
Es folgten umfangreiche Untersuchungen, bei denen die chemische Zusammensetzung, das Isotopenverhältnis sowie Biomarker analysiert wurden. GFZ-Forscher Jens Kallmeyer und sein damaliger Doktorand Rishi Ram Adhikari haben die Enzymaktivität von Hydrogenase gemessen. Mit diesem Verfahren lässt sich unmittelbar nachweisen, dass Wasserstoff für Stoffwechselreaktionen genutzt wurde, aus denen schließlich Methan hervorgeht.
Die Resultate zeigen, dass 90 Prozent des Methans von Mikroorganismen produziert wurden, nur ein geringer Teil wurde in großer Tiefe durch rein chemische Prozesse gebildet. Versorgt werden die Mikroben offenbar durch Fluide, die im Zusammenhang mit der Subduktion durch die mächtigen Sedimente gepresst werden und somit Nahrung" für die Einzeller liefern. Wenn diese Schlammvulkane nicht komplett einzigartig auf der Welt sind, und dafür gibt es keine Anzeichen, dann wurde bisher die Rolle von Schlammvulkanen am globalen Methankreislauf massiv unterschätzt", sagt Kallmeyer. Weiterhin zeigt die Studie, dass bisherige Indikatoren für die Bildungsprozesse des Methans - biologisch oder chemisch - in dem untersuchten Schlammvulkan nicht funktionieren. Wenn dies auf weitere zutrifft, dann müssen die globalen Modelle über die Herkunft des atmosphärischen Methans neu gedacht werden."
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Journal
Science Advances