Triple-isotopische Analysen identifizieren mikrobielle Methanfreisetzung aus subsea Permafrost im inneren Laptev-Meer

Verstecktes Gas unter dem Arktischen Meer

Weit vor der Küste Sibiriens verbirgt ein flaches arktisches Meer eine gefrorene Bodenschicht, das sogenannte subsea-Permafrost. Während sich die Arktis schneller erwärmt als der Rest des Planeten, beginnt dieses einst stabile Gelände aufzutauen. Darin eingeschlossen liegt ein großer Vorrat an Methan, einem starken Treibhausgas. Die Studie stellt eine dringende Frage: Welche Art von Methan tritt aus, wie alt ist es und wie wahrscheinlich ist es, dass es die Atmosphäre erreicht und das künftige Klima beeinflusst?

Methan-Hotspots in flachen arktischen Gewässern

Die Forschenden führten zwischen 2016 und 2020 vier Schiffsexpeditionen in das innere Laptev-Meer durch, einen Teil des weiten ostsibirischen arktischen Schelfs. Mithilfe von Sonar zur Ortung aufsteigender Blasenquellen und Sensoren zur Messung von gelöstem Methan kartierten sie einen großen Hotspot, in dem die Methankonzentrationen in den Bodengewässern Werte erreichten, die bis zu 6000-mal höher waren als zu erwarten wäre, wenn das Meer einfach im Gleichgewicht mit der darüber liegenden Luft stünde. Diese Hotspots verlagerten sich von Jahr zu Jahr etwas, doch die Region zeigte konsistent starkes Aufsteigen von Gas aus dem Meeresboden, besonders unterhalb einer flachen Dichteschicht in etwa 10–15 Metern Tiefe, ein Hinweis auf kräftige und anhaltende Gasfreisetzung von unten.

Alter und Ursprung des Gases nachvollziehen

Um herauszufinden, woher dieses Methan stammt, behandelte das Team jede Gasprobe wie einen chemischen Fingerabdruck. Sie maßen drei verschiedene Isotopensignale im Methan: Kohlenstoff-13, Kohlenstoff-14 und Deuterium (eine schwere Form von Wasserstoff). Das Kohlenstoff-14-Signal zeigt, dass das Gas außerordentlich alt ist—mehr als 48.000 Jahre—deutlich älter als modernes Pflanzenmaterial. Gleichzeitig entsprechen die stabilen Kohlenstoff- und Wasserstoffverhältnisse dem durch Mikroben erzeugten Methan und nicht den hochtemperaturbedingten Prozessen, die konventionelles Erdgas und Öl bilden. Zusammengenommen deuten diese Hinweise auf antikes mikrobielles Methan, das lange in gefrorenen Sedimenten gespeichert war, statt auf jüngeres Methan, das kürzlich in Oberflächenschlämmen gebildet wurde oder aus Flüssen hereinfließt.

Lecks aus einem lange gefrorenen Vorratslager

Durch die Kombination dieser Isotopen-Fingerabdrücke mit einem statistischen Mischungsmodell trennten die Wissenschaftler die Beiträge verschiedener tiefer Quellen. Sie stellten fest, dass der dominierende Anteil—etwa 60 bis 80 Prozent—von dem stammt, was sie als subsea-permafrost-assoziiertes Methan bezeichnen: mikrobielles Gas, das aus altem organischen Material gebildet wurde und dann als freies Gas oder als eisähnliches Methanhydrat im gefrorenen Meeresboden eingeschlossen war. Kleinere Anteile scheinen aus tiefer liegenden fossilen Gasreservoirs zu stammen. Das Muster kräftigen Aufsteigens zusammen mit früheren Bohr- und Modellierungsarbeiten deutet darauf hin, dass die Hauptfreisetzungen entlang aufgetauter Korridore im Permafrost auftreten, sogenannter Taliks, die als vertikale Wege für den Aufstieg des Gases aus diesen verborgenen Lagerstätten fungieren.

Von Meeresbodenblasen zur darüberliegenden Luft

Bei der Verfolgung der Reise des Methans nach Verlassen des Meeresbodens stellten die Forschenden fest, dass derselbe Isotopen-Fingerabdruck vom Bodenwasser bis hinauf zur Oberfläche sichtbar ist, mit nur mäßigen Veränderungen. Wenn Bakterien im Wasser einen Großteil des Methans zerstörten, würden sich die Isotopensignale stark und auf erkennbare Weise verschieben. Stattdessen deuten die Daten darauf hin, dass die Oxidation begrenzt ist und dass die hauptsächliche Ursache für Änderungen der Konzentrationen einfach Mischung und Verdünnung beim Aufsteigen und teilweisen Auflösen der Blasen ist. In diesem sehr flachen Meer dürfte ein Großteil des Gases wahrscheinlich schnell die Oberfläche erreichen, besonders während Stürmen, die das Wasser heftig durchmischen, und dann in die Atmosphäre übergehen.

Was das für die künftige Erwärmung bedeutet

Die Studie zeigt, dass ein großer, lange gefrorener Vorrat an mikrobiellem Methan unter dem inneren Laptev-Meer bereits ausläuft und dass das Gas effizient in die Luft entweichen kann. Dieses Verhalten unterscheidet sich von tieferen Offshore-Bereichen des Laptev-Meeres, wo frühere Arbeiten überwiegend thermogenes, petroleumähnliches Methan identifizierten. Die Botschaft lautet, dass der arktische Schelf keine einzige Methanquelle hat, sondern ein Mosaik aus alten Lagerstätten und Austrittswegen. Da das subsea-Permafrost und darin enthaltene Methanhydrate empfindlich auf weitere Erwärmung reagieren, könnten diese Emissionen in Zukunft zunehmen und so einen zusätzlichen Beitrag zur globalen Klimaveränderung leisten, den aktuelle Überwachungssysteme möglicherweise nur schwerzeitig erfassen können.

Zitation: Brussee, M., Holmstrand, H., Wild, B. et al. Triple-isotopic analyses pinpoint microbial methane release from subsea permafrost in the inner Laptev Sea. Commun Earth Environ 7, 211 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03222-7

Schlüsselwörter: subsea-Permafrost, arktisches Methan, Laptev-Meer, Klima-Rückkopplung, Methanhydrate