In arktischen Regionen sind Methanschichten im Permafrost eingeschlossen, aber wenn sie freigesetzt würden, könnte dies zu Problemen für den Rest der Welt führen. Forscher entdeckten auch tief in der Ostsee starke Methanemissionen. Methan kann ein echtes Problem für die Umwelt sein. Das aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehende Treibhausgas ist etwa 80 Prozent wirksamer als Kohlendioxid, kommt natürlicherweise in Sedimentschichten des Meeresbodens vor und ist für etwa 30 Prozent des globalen Temperaturanstiegs verantwortlich.
Methan in der Arktis
Forscher gehen davon aus, dass sich das subglaziale Methan in der Arktis auf mehrere Millionen Kubikfuß belaufen könnte und dass seine Freisetzung schwerwiegende Folgen für die Umwelt haben könnte. Unter der Fläche des arktischen Permafrosts lauert ein klimaveränderndes Methanmeer. Es ist unter Eisschichten eingeschlossen und tritt langsam aus, wenn Risse entstehen. Jede plötzliche Veränderung des Permafrosts könnte nach Schätzungen von Forschern mehrere Millionen Kubikfuß umweltschädliches Gas freisetzen.
Jedes großflächige Gasleck könnte eine möglicherweise zerstörerische Erwärmungsschleife auslösen: Methan würde zu einem weiteren Aufschmelzen des Permafrosts führen, was dann zu zusätzlichen Gasemissionen führen würde. Bei der Untersuchung des Permafrosts (jedes Eis, das zwei oder mehr Jahre lang stabil bleibt, gilt als Permafrost) unter den Spitzbergen-Inseln stellten die Forscher fest, dass sich diese Schicht nicht in einem dauerhaften Zustand befindet. Sie entdeckten auch, dass große Mengen Methan, die normalerweise unten eingeschlossen sind, wandern können, selbst wenn sie eingeschlossen bleiben.
Anhand historischer Bohrlochüberwachungsdaten beobachtete das Team einen anhaltenden Trend der Gasansammlung an der Basis des Permafrosts. Dies war jedoch kein einheitlicher Befund. Manchmal, wenn das Team glaubte, dass es sich bei den Standorten um offensichtliche Standorte für Gas handelte, fanden sie kein Gas, weil sie annahmen, dass es bereits ausgewandert sei. Andere Orte waren so voller Gas, dass das Team, das den Brunnen bohrte, explosionsartige Mengen an Methan sprudeln hören konnte.
Die Studie wurde in Norwegen durchgeführt, aber da die geologische und glaziale Geschichte der Region der des Rests der Arktis ähnelt, geht das Team davon aus, dass wandernde Methanablagerungen wahrscheinlich anderswo vorhanden sind. Der Permafrost, der Methan enthält, ist nicht homogen und kontinuierlich, und auch die Sicherheit dieser Methanvorkommen ist nicht gewährleistet.
Meeresströmungen können den Permafrost ausdünnen und zu ungleichmäßigen Dichten führen. Das Hochland ist trockener und durchlässiger, während das Tiefland Permafrost aufweist, der mit Eis gesättigt ist. Und Forscher sagen, dass selbst dort, wo kontinuierlicher Permafrost vorhanden ist, geografische Gegebenheiten dazu führen können, dass das von den darunter liegenden Gesteinen erzeugte Gas entweicht. Da sich die Permafrostbedingungen ständig ändern, ist es möglicherweise nur eine Frage der Zeit, bis die Methanemissionen zunehmen.
Methan in der Ostsee
Aus der Ostsee tritt Methan aus. Das Leck im Londsort-Graben führt dazu, dass Gas über mehr als sieben Quadratmeilen Meeresboden etwa 18 Meilen vor der schwedischen Küste sickert und Gas ins Wasser gelangt. Ungewöhnlich ist nicht nur die Tiefe des Fundes – etwa 1.300 Fuß –, sondern auch die Tatsache, dass das Gas fast bis zur Oberfläche sprudelt.
Marcelo Coetzer, Professor für Umweltwissenschaften an der Linnaeus-Universität, glaubt, dass tiefe Meeresströmungen in diesem speziellen Gebiet zur Ansammlung methanreicher Sedimente führen. Dies erklärt jedenfalls nicht die Kraft der Methanblasen, die beim Schweben hoch in der Wassersäule bleiben. Das Leck im Londsort Deep ist gewaltig, die Blasen steigen mehr als 1.200 Fuß über dem Boden auf und werden per Sonar überwacht.
Obwohl extrem tiefe Methanemissionen die Blasen gefrieren lassen können, so dass sie länger intakt bleiben, kommt es in der Ostsee nicht zum Gefrieren. Warum die Blasen so kraftvoll und stabil sind, ist noch unbekannt. Das Team glaubt, dass die anoxische Umgebung der Ostsee die Ursache sein könnte. „Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, kann der Gehalt an gelöstem Methan im Ozean relativ hoch sein, was wiederum dazu führt, dass die Blasen nicht so schnell Methan verlieren.“ Dadurch bleiben die Blasen in dieser Umgebung intakter, was bedeutet, dass der Transport von Methan zur Meeresoberfläche effizienter wird.
Das Team argumentiert, dass eine weitere Verschlechterung der Sauerstoffbedingungen in der Ostsee wahrscheinlich zu einem verstärkten Transport von Methan aus tieferen Teilen des Meeres führen wird. Von dort kann dieses Methan in die Atmosphäre gelangen.
Aufnahme von Kohlendioxid durch den Ozean und künstliche Entfernung von Kohlenstoff aus dem Ozean
Der Ozean ist eine riesige Kohlenstoffsenke. Untersuchungen zeigen, dass es mehr als ein Viertel des gesamten Kohlendioxids absorbiert hat, das Menschen in die Atmosphäre abgeben. Wissenschaftler haben jedoch herausgefunden, dass selbst der Ozean an seine Grenzen stößt und aufgrund der extremen Erwärmung und Versauerung bis zum Jahr 2300 nur noch halb so effizient Kohlenstoff speichern könnte. Aber eine wachsende Zahl von Start-ups, darunter Captura und Running Tide, versprechen, zur Reduzierung der Kohlenstoffbelastung des Ozeans beizutragen, indem sie Technologien nutzen, um Treibhausgase direkt aus dem Meerwasser zu saugen.
Im Rahmen eines ihrer größten Projekte haben Equatic und Singapurs nationale Wasserbehörde PUB angekündigt, dass sie die weltweit größte Anlage zur Kohlenstoffentfernung im Ozean bauen werden. Im vergangenen Jahr entwickelte das von UCLA-Wissenschaftlern geführte Unternehmen zwei Pilotprojekte in Los Angeles und Singapur, mit denen täglich etwa 100 Kilogramm (0,1 Tonnen) Kohlendioxid erfolgreich extrahiert wurden. Laut einer Pressemitteilung der UCLA besteht ihr Ziel nun darin, eine 20-Millionen-Dollar-Anlage zu bauen, die jährlich 3.650 Tonnen (4.000 Tonnen) Gas aus dem Meer entfernen soll.
Wie es funktioniert? Beim Equatic-Prozess leiten die Bediener zunächst elektrischen Strom durch Meerwasser, das in den Standort gepumpt wird. Diese Ladung spaltet Wasser (H2O) in Wasserstoff und Sauerstoff, dann strömt Luft durch das Wasser, das das CO2 in Feststoffen auf Kalzium- und Magnesiumbasis einfängt und speichert, „ähnlich wie sich Muscheln auf natürliche Weise bilden“, berichtete das Time Magazine. Durch die Entfernung von Kohlenstoff aus dem Wasser könne der Ozean mehr Kohlenstoff aus der Luft aufnehmen, so das Unternehmen. Neben der Speicherung von CO2 plant das Unternehmen laut Aussage, das Nebenprodukt Wasserstoff als Zutat für saubere Kraftstoffe zu nutzen.
Im September unterzeichneten mehr als 200 Experten einen Brief, in dem sie ihre Bedenken zum Ausdruck brachten: „Obwohl meeresbasierte Ansätze zur Kohlenstoffentfernung ein enormes Potenzial haben, gibt es auch Risiken“, schrieben sie. „Die Öffentlichkeit verfügt noch nicht über ausreichende Informationen über die Wirksamkeit oder Wirkung eines bestimmten Ansatzes und kann daher keine fundierten Entscheidungen über deren Einsatz in großem Maßstab treffen.“
Im Mai 2023 bezeichnete eine UN-Kommission die CO2-Abscheidungsindustrie als „unerprobt“ mit „unbekannten“ Risiken und stellte ihre Wirtschaftlichkeit aufgrund der hohen Betriebskosten in Frage. Aber die US-Bundesregierung setzt sicherlich stark auf Forschung, die dazu beitragen wird, die Fähigkeit des Ozeans zu verbessern, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen.
Im Oktober 2023 stellte das Energieministerium (DOE) 36 Millionen US-Dollar für die „Entwicklung von Methoden zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Meeresumwelt“ bereit. Die National Science Foundation hat die ersten Schritte zur Einführung eines Bundesforschungsprogramms unternommen, um verschiedene Methoden zu untersuchen, beispielsweise den Einsatz von „Mineralien und Elektrizität, um die Alkalität der Ozeane zu verändern, damit Meerwasser mehr CO2 aus der Luft absorbieren kann“, so E&E News Berichte.
Absichtliche Dehydrierung der Stratosphäre, um der Atmosphäre Wasserdampf zu entziehen
Während anthropogene Kohlendioxidemissionen bei weitem der wichtigste Treiber des Klimawandels sind, ist Wasserdampf tatsächlich das am häufigsten vorkommende Treibhausgas und für etwa die Hälfte des natürlichen Treibhauseffekts der Erde verantwortlich – derjenige, der unseren Planeten bewohnbar macht.
Während Wissenschaftler nun nach Möglichkeiten suchen, die Auswirkungen des Klimawandels umzukehren, indem sie überschüssiges wärmespeicherndes Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen und Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektieren, fragte sich eine Forschergruppe: Könnte die Entfernung von etwas Wasserdampf aus der Atmosphäre auch dazu beitragen, die Auswirkungen abzuschwächen? des Klimawandels? Dies ist genau die Idee, die in einem neuen Artikel untersucht wird, der in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde und den die Autoren „absichtliche stratosphärische Dehydrierung“ oder PSD nennen.
Forscher am Chemical Sciences Laboratory der NOAA haben das PSO-Konzept entwickelt, bei dem feine Partikel – kleine Eiskristalle – in hohen Schichten der Atmosphäre verteilt werden, die sowohl sehr kalt als auch mit Wasserdampf gesättigt sind. Reiner Wasserdampf bildet nicht leicht Eiskristalle.
Es sind bestimmte Wachstumspunkte bzw. Kondensationskeime, beispielsweise Staubpartikel, erforderlich, an denen überschüssige Feuchtigkeit kondensieren würde. Wenn solche Kerne in übersättigte Luftmassen eingebracht werden könnten, die in die Stratosphäre geleitet werden, dann würde ein Teil des Wasserdampfs in dieser Luft zu Eis kondensieren und als Niederschlag ausfallen, wodurch überschüssiger Wasserdampf entfernt und die Stratosphäre (zumindest teilweise) dehydriert würde .
Die grundlegenden physikalischen Prinzipien hinter diesem Konzept sind theoretisch einfach, aber gibt es einen solchen Bereich der Atmosphäre? Tatsächlich gibt es ihn, und er hat einen Namen: den Western Pacific Cold Spot, einen Bereich der Atmosphäre, der ungefähr die Größe Australiens hat. Der Hauptweg des Eindringens von Wasserdampf in die Stratosphäre ist der Aufwärtstransport durch die Tropopause – die Grenze, die die Troposphäre von der Stratosphäre trennt – in den Tropen.
Es ist bekannt, dass die Tropopause über dem tropischen Westpazifik ein entscheidender Faktor für die Menge an Wasserdampf ist, die in die Stratosphäre transportiert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist es kalt genug, um feuchte Luft durch die Bildung von Eiskristallen auf natürliche Weise auszutrocknen. Das Problem besteht darin, dass reiner Wasserdampf nicht so leicht Eiskristalle bildet und in der Luft zahlreiche Kondensationskeime vorhanden sind. Ohne ihre Anwesenheit muss die relative Luftfeuchtigkeit im Verhältnis zum Eis etwa 200 % betragen, damit sich spontan Eiskristalle bilden.
In ihrer Studie simulierten die Wissenschaftler mithilfe eines Computermodells die Bedingungen in der Stratosphäre über dem Westpazifik, basierend auf Beobachtungen der Temperatur und Bewegungen tropischer Luft in der Nähe der Stratosphäre. Dies zeigte, dass das PSO-Konzept theoretisch wirksam war.
Sie analysierten auch hochauflösende Messungen von Wasserdampf und Temperatur, die 2014 von der NASA-Mission ATTREX (Airborne Tropical TRopopause EXperiment) gesammelt wurden. Die in Guam ansässige ATTREX-Mission nutzte das unbemannte Flugzeug Global Hawk der NASA, um die tropische Tropopause über dem tropischen Pazifik zu untersuchen. ATTREX-Messungen zeigten, dass sich von den 550 von Global Hawk angetroffenen Bereichen mit feuchtigkeitsbeladener Luft nur 10 % in Bereichen befanden, in denen Wasserdampf durch PSO entfernt werden konnte.
Basierend auf diesem Ergebnis stellten die Autoren fest, dass die klimatische Wirkung von Eis-PSO nur in der am stärksten feuchtigkeitsgesättigten Luft möglich ist. Das daraus resultierende Ausmaß der Wasserverarmung in der Stratosphäre würde einer Verringerung des Strahlungsantriebs um etwa ein Siebzigstel der anthropogenen CO2-Emissionen seit 1750 entsprechen. Wissenschaftler sagen, dass dies ein sehr kleiner Effekt sei und dass der PSO-Effekt allein nicht in der Lage sei, einen Großteil der durch CO2 verursachten Erwärmung auszugleichen.
PSO kann jedoch als ein Element in einem breiteren Portfolio von Interventions- und Eindämmungsstrategien für den Klimawandel wertvoll sein, da alle untersuchten Techniken (z. B. stratosphärische Aerosolinjektion und Meereswolkenaufhellung) unterschiedliche positive und negative Ergebnisse und unterschiedliche Zeitrahmen haben Rahmen. All diese Faktoren spielen eine Rolle bei der Entscheidung, ob eine Methode eine weitere Untersuchung wert ist.
Wenn Entscheidungen über Klimainterventionen erforderlich sind, ist es für Wissenschaftler von entscheidender Bedeutung, sowohl alle Methoden, mit denen die Menschheit das Klima verändern könnte, als auch die umfassenderen Konsequenzen dieser Methoden angemessen zu untersuchen.