Atmosphärische Ablagerung verstärkt die Meeresmethanproduktion und -emissionen aus den Weltmeeren

Warum die Luft über dem Ozean für unser Klima wichtig ist

Die Ozeane geben stillschweigend Methan in die Atmosphäre ab — ein starkes Treibhausgas — selbst aus sonnenbeschienenen, sauerstoffreichen Oberflächengewässern, in denen traditionelle methanbildende Mikroben eigentlich nicht gedeihen sollten. Dieses Rätsel, bekannt als das „marine Methanparadoxon“, beschäftigt die Wissenschaft seit Jahren. Die neue Forschung, die diesem Artikel zugrunde liegt, zeigt, dass Luftverschmutzung, die auf die Meeresoberfläche fällt, mehr bewirkt als nur eine Düngung des Ozeans: Sie kann die Chemie der Oberflächengewässer so verschieben, dass Methanproduktion und -emissionen zunehmen und so auf subtile, aber messbare Weise auf den Klimawandel zurückwirken.

Staub, Smog und eine unsichtbare Nährstoffverschiebung

Durch menschliche Aktivitäten wird große Mengen reaktiven Stickstoffs in die Luft freigesetzt, etwa durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Landwirtschaft. Ein Großteil dieses Stickstoffs fällt schließlich in winzigen Partikeln und im Regen wieder zur Erde — auch über dem offenen Ozean. Die Studie zeigt, dass diese atmosphärische Niederschläge stark unausgewogen sind: Sie liefern deutlich mehr Stickstoff als Phosphor, einem weiteren wichtigen Nährstoff. Wenn dieses überschüssige Stickstoff in die Oberflächenschicht des Meeres gelangt, verschiebt es die lokale Chemie hin zu Phosphormangel. Mikroben, die zuvor mit Stickstoff knapp waren, haben nun reichlich davon, sehen sich aber gleichzeitig einem Phosphormangel gegenüber, was sie zwingt, neue Quellen dieses Nährstoffs zu erschließen.

Wie hungernde Mikroben Methan produzieren

Um mit Phosphormangel zurechtzukommen, nutzen viele marine Mikroben einen großen gelösten Pool organischer Phosphorverbindungen. Eine dieser Verbindungen, Methylphosphonat, besitzt eine Kohlenstoff‑Phosphor‑Bindung. Wenn Mikroben diese Bindung aufbrechen, um an nutzbares Phosphor zu gelangen, wird Methan als Nebenprodukt freigesetzt. In Schiffsexperimenten im Nordwestpazifik fügten die Forschenden echte atmosphärische Aerosole und stickstoffreiche Nährstoffe zu Meerwasser hinzu, das bereits in Richtung Phosphorstress tendierte. Die Mikroben reagierten schnell: Sie erhöhten die Produktion von Enzymen, die Phosphor aus organischen Molekülen lösen, und produzierten deutlich mehr Methan, wenn Methylphosphonat vorhanden war. Wichtig ist: Die alleinige Zugabe von Stickstoff — ohne zusätzliches Phosphor — verschärfte den Phosphormangel und führte zu höherer Methanproduktion, was bestätigt, dass das Nährstoffungleichgewicht und nicht bloß mehr Nahrungsangebot der Auslöser ist.

Eine globale mikrobielle Reaktion auf Niederschläge aus der Luft

Feldmessungen zeigten, dass die Oberflächengewässer im Nordwestpazifik bereits im Verhältnis zur Atmosphäre übersättigt sind — ein Hinweis auf andauernde Produktion im Ozean. Um zu prüfen, wie weit verbreitet dieser Mechanismus sein könnte, griffen die Autorinnen und Autoren auf globale DNA‑Datensätze aus Ozeanuntersuchungen zurück. Sie konzentrierten sich auf ein Schlüsselgen namens phnJ, das einen Teil der Enzymmaschinerie codiert, die C‑P‑Bindungen aufbricht. Mit Hilfe maschineller Lernmodelle, die Genhäufigkeit mit Umweltbedingungen verknüpfen, sagten sie voraus, wo dieses Gen am häufigsten vorkommt. Die Ergebnisse zeigen eine hohe phnJ‑Prävalenz in Meeresregionen mit niedrigem Phosphat und eine klare statistische Verbindung zwischen höherer atmosphärischer Stickstoffablagerung und höher vorhergesagter phnJ‑Häufigkeit. Anders gesagt: Orte, die mehr Stickstoff aus der Luft erhalten, beherbergen tendenziell mehr Mikroben, die genetisch darauf vorbereitet sind, Phosphonate abzubauen und potenziell Methan zu produzieren.

Von Laborflaschen bis zum ganzen Ozean

Um die globale Auswirkung abzuschätzen, kombinierten die Forschenden ihre Experimente mit Karten von Ozeannährstoffen, gelöstem organischem Phosphor und Stickstoffablagerungen. Sie entwickelten eine mathematische Beziehung zwischen dem Stickstoff‑zu‑Phosphor‑Verhältnis im Meerwasser und dem Anteil des Methylphosphonats, der in Methan umgewandelt wird. Wendet man diese Beziehung weltweit an, ergibt sich die zusätzliche Methanproduktion, die entsteht, wenn atmosphärischer Stickstoff in die Oberflächenschicht eingemischt wird. Ihre Analyse legt nahe, dass in der gemischten Schicht des Ozeans die Methanproduktion aus Methylphosphonat im Mittel um etwa 2–3 Prozent zunehmen könnte, lokal deutlich stärker in stark betroffenen Regionen. Das entspricht grob 0,05 Teragramm (50 Milliarden Gramm) zusätzlichem Methan pro Jahr, wobei die atmosphärischen Methanemissionen aus dem offenen Ozean um einige Prozent ansteigen könnten.

Was das für die Klimageschichte bedeutet

Für Laien mögen diese Zahlen klein erscheinen, doch sie sind bedeutsam, weil sie eine verborgene Nebenwirkung der Luftverschmutzung offenlegen. Atmosphärische Stickstoffablagerung wurde bisher ambivalent gesehen: Sie kann das Pflanzenwachstum im Ozean anregen und so Kohlendioxid aus der Luft binden, erhöht aber auch Distickstoffmonoxid, ein weiteres starkes Treibhausgas. Diese Studie ergänzt die Liste um Methan. Indem überschüssiger atmosphärischer Stickstoff die Oberflächengewässer in Richtung Phosphorstarre treibt, veranlasst er Mikroben dazu, organischen Phosphor zu nutzen und dabei Methan an die Luft abzugeben. Mit anhaltenden vom Menschen verursachten Stickstoffemissionen und einer zunehmenden Schichtung der Ozeane dürfte dieses Nährstoffungleichgewicht — und die damit verbundene Methanfreisetzung — in manchen Regionen zunehmen, was den klimapositiven Effekt der im Ozean gebundenen Kohlenstoffsenkung leicht schmälern und unterstreichen dürfte, wie eng verbunden die von uns verschmutzte Luft mit den Gasen ist, die der Ozean an die Atmosphäre zurückgibt.

Zitation: Zhuang, GC., Mao, SH., Zhang, HH. et al. Atmospheric deposition enhances marine methane production and emissions from global oceans. Nat Commun 17, 1811 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68527-9

Schlüsselwörter: Meeresmethan, atmosphärische Stickstoffablagerung, marine Mikroben, Nährstoffbegrenzung, Klimarückkopplungen