Methan: Unterschied zwischen den Versionen

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Ab 2007 gab es eine erneute Wende in der Entwicklung der Methankonzentration (s. Abb. 3 und 4). Der Methananteil in der Atmosphäre stieg wieder an und erreichte 2022 einen Wert von über 1900 ppb.<ref name="WMO 2023">World Meteorological Organization (2023): [https://library.wmo.int/records/item/68532-no-19-15-november-2023 WMO Global Greenhouse Gas Bulletin No. 19]</ref> Die durchschnittliche Steigerungsrate lag in den 2010er Jahren bei ca. 8 ppb/Jahr<ref name="IPCC 2021 Cross-Chapter Box 5.2" /> und erreichte 2021 den bisher höchsten Wert von 18 ppb pro Jahr.<ref name="NOAA 2019">NOAA Earth System Research Laboratory: [https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends_ch4/ Trends in Atmospheric Methane]</ref> Manche Autoren sehen durch die jüngste Zunahme der Methanemissionen und das Tempo der Veränderung die Menschheit an der Schwelle zu einer neuen, noch wärmeren Klimaepoche als bisher.<ref name="Nisbet 2023a">Nisbet, E.G., M.R.Manning, E.J. Dlugokencky (2023): [https://doi.org/10.1029/2023GB007875 Atmospheric methane: Comparison between methane's record in 2006–2022 and during glacial terminations], Global Biogeochem. Cy., 37, e2023GB007875</ref>  Einige Wissenschaftler schlagen über das ‚gefährlich schnelle‘ Wachstum der Methankonzentration Alarm<ref name="Tollefson 2022">Tollefson, J. (2022): [https://www.nature.com/articles/d41586-022-00312-2 Csientists raise alarm over ‚dangerously fast‘ growth in atmospheric methane], Nature News</ref>  und warnen vor einer Gefährdung des Paris-Abkommens einer Begrenzung des Klimawandels im 21. Jahrhundert auf 1,5 °C über vorindustriell.<ref name="Nisbet 2023b">Nisbet, E.G. (2023): [https://doi.org/10.1038/s41558-023-01634-3 Climate feedback on methane from wetlands], Nature Climate Change</ref> Die Gründe für diese Entwicklung sind nicht endgültig geklärt. Die mit dem Wachstum der Methanemissionen abnehmende <sup>13</sup>C-Isotopen-Signatur des emittierten Methans spricht für biogene bzw. mikrobielle Quellen in der Landwirtschaft, auf Mülldeponien oder durch Klima-Rückkopplungen von Feuchtgebieten, auf die sich in jüngster Zeit trotz aller Unsicherheiten der Fokus gerichtet zu haben scheint.<ref name="Zhang 2023">Zhang, Z., B. Poulter, A.F. Feldman et al. (2023): [https://doi.org/10.1038/s41558-023-01629-0 Recent intensification of wetland methane feedback.] Nat. Clim. Chang. 13, 430–433</ref>  Ein Problem bei der sog. Feuchtgebiets-Hypothese<ref name="Nisbet 2023a" /> ist allerdings die schwierige Datenlage. Die Ergebnisse von Top-Down-Methoden, die auf Modellrechnungen und Satellitendaten beruhen, liegen um mehr als 50% über den Bottom-Up-Methoden der Messungen vor Ort,<ref name="UNEP 2022">United Nations Environment Programme/Climate and Clean Air Coalition (2022): [https://www.unep.org/resources/report/global-methane-assessment-2030-baseline-report Global Methane Assessment: 2030 Baseline]</ref>  und die meisten Erdsystemmodelle der jüngsten Generation enthalten keine oder nur unvollständige Methan-Klima-Feedbackprozesse der globalen Feuchtgebiete.<ref name="Zhang 2023" /><ref name="IPCC 2021 Cross-Chapter Box 5.2" />   
Ab 2007 gab es eine erneute Wende in der Entwicklung der Methankonzentration (s. Abb. 3 und 4). Der Methananteil in der Atmosphäre stieg wieder an und erreichte 2022 einen Wert von über 1900 ppb.<ref name="WMO 2023">World Meteorological Organization (2023): [https://library.wmo.int/records/item/68532-no-19-15-november-2023 WMO Global Greenhouse Gas Bulletin No. 19]</ref> Die durchschnittliche Steigerungsrate lag in den 2010er Jahren bei ca. 8 ppb/Jahr<ref name="IPCC 2021 Cross-Chapter Box 5.2" /> und erreichte 2021 den bisher höchsten Wert von 18 ppb pro Jahr.<ref name="NOAA 2019">NOAA Earth System Research Laboratory: [https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends_ch4/ Trends in Atmospheric Methane]</ref> Manche Autoren sehen durch die jüngste Zunahme der Methanemissionen und das Tempo der Veränderung die Menschheit an der Schwelle zu einer neuen, noch wärmeren Klimaepoche als bisher.<ref name="Nisbet 2023a">Nisbet, E.G., M.R.Manning, E.J. Dlugokencky (2023): [https://doi.org/10.1029/2023GB007875 Atmospheric methane: Comparison between methane's record in 2006–2022 and during glacial terminations], Global Biogeochem. Cy., 37, e2023GB007875</ref>  Einige Wissenschaftler schlagen über das ‚gefährlich schnelle‘ Wachstum der Methankonzentration Alarm<ref name="Tollefson 2022">Tollefson, J. (2022): [https://www.nature.com/articles/d41586-022-00312-2 Csientists raise alarm over ‚dangerously fast‘ growth in atmospheric methane], Nature News</ref>  und warnen vor einer Gefährdung des Paris-Abkommens einer Begrenzung des Klimawandels im 21. Jahrhundert auf 1,5 °C über vorindustriell.<ref name="Nisbet 2023b">Nisbet, E.G. (2023): [https://doi.org/10.1038/s41558-023-01634-3 Climate feedback on methane from wetlands], Nature Climate Change</ref> Die Gründe für diese Entwicklung sind nicht endgültig geklärt. Die mit dem Wachstum der Methanemissionen abnehmende <sup>13</sup>C-Isotopen-Signatur des emittierten Methans spricht für biogene bzw. mikrobielle Quellen in der Landwirtschaft, auf Mülldeponien oder durch Klima-Rückkopplungen von Feuchtgebieten, auf die sich in jüngster Zeit trotz aller Unsicherheiten der Fokus gerichtet zu haben scheint.<ref name="Zhang 2023">Zhang, Z., B. Poulter, A.F. Feldman et al. (2023): [https://doi.org/10.1038/s41558-023-01629-0 Recent intensification of wetland methane feedback.] Nat. Clim. Chang. 13, 430–433</ref>  Ein Problem bei der sog. Feuchtgebiets-Hypothese<ref name="Nisbet 2023a" /> ist allerdings die schwierige Datenlage. Die Ergebnisse von Top-Down-Methoden, die auf Modellrechnungen und Satellitendaten beruhen, liegen um mehr als 50% über den Bottom-Up-Methoden der Messungen vor Ort,<ref name="UNEP 2022">United Nations Environment Programme/Climate and Clean Air Coalition (2022): [https://www.unep.org/resources/report/global-methane-assessment-2030-baseline-report Global Methane Assessment: 2030 Baseline]</ref>  und die meisten Erdsystemmodelle der jüngsten Generation enthalten keine oder nur unvollständige Methan-Klima-Feedbackprozesse der globalen Feuchtgebiete.<ref name="Zhang 2023" /><ref name="IPCC 2021 Cross-Chapter Box 5.2" />   
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| [[Bild:Methan-Emissionen-cc.jpg|thumb|380px|Abb. 5: Methan-Emissionen aus Feuchtgebieten verstärken den Klimawandel, der wiederum in einem Kreislauf die Emissionen antreibt.]]||[[Bild:Cc feedback CH4 wetlands.jpg|thumb|320px|Abb. 6: Positive Rückkopplung zwischen Treibhausgasemissionen, Erwärmung und CH<sub>4</sub>-Emissionen von Feuchtgebieten: Die Abb. zeigt die globale Erwärmung durch Treibhausgasemissionen (GHGs enhance warming), die Erwärmung von Feuchtgebieten und die daraus folgenden zusätzlichen Methanemissionen (Additional CH4 emissions). Rechts am Rand wird auch auf die natürlichen CH4-Basisemissionen hingewiesen.]]
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[[Bild:Methan-Emissionen-cc.jpg|thumb|380px|Abb. 5: Methan-Emissionen aus Feuchtgebieten verstärken den Klimawandel, der wiederum in einem Kreislauf die Emissionen antreibt.]]
Einzelne Untersuchungen der jüngsten Zeit stützen dennoch die Feuchtgebiets-Hypothese. So stammten nach Nisbet et al. (2023)<ref name="Nisbet 2023a" /> 80% der beobachteten Zunahme des Methangehalts 2010-2019 aus tropischen Emissionen, und hier besonders aus Feuchtgebieten. Ähnliche Werte wurden auch zwischen 2020 und 2022 beobachtet. Insgesamt hat der Klimawandel zwischen 2007 und 2021 die jährlichen Emissionen aus Feuchtgebieten um 8-10 Tg/Jahr erhöht, 2020 sogar um 14-26 Tg/Jahr, und zwar größtenteils aus tropischen Feuchtgebieten. Die zunehmende Wärme und Feuchtigkeit durch den Klimawandel verstärken in den Feuchtgebieten der Tropen das Pflanzenwachstum und die mikrobielle Zersetzung. Auch in der borealen Zone und der Arktis verstärkt die Erwärmung auf diese Weise die CH<sub>4</sub>-Emissionen von Feuchtgebieten. Außerdem agiert CO<sub>2</sub> als starker Wachstumsfaktor für C3-Pflanzen und liefert damit das pflanzliche Material für eine spätere anaerobe Zersetzung. Höhere Niederschläge können ebenfalls das Pflanzenwachstum verstärken und zudem die Ausdehnung von Feuchtgebieten vergrößern.<ref name="Zhang 2023" /> Änderungen der atmosphärischen Senke von Methan durch die Reaktion mit OH scheinen kein entscheidender Antrieb für das starke Wachstum von Methan in jüngster Zeit gewesen zu sein, noch kämen verstärkte fossile Emissionen in Frage.<ref name="Nisbet 2023a" />
Einzelne Untersuchungen der jüngsten Zeit stützen dennoch die Feuchtgebiets-Hypothese. So stammten nach Nisbet et al. (2023)<ref name="Nisbet 2023a" /> 80% der beobachteten Zunahme des Methangehalts 2010-2019 aus tropischen Emissionen, und hier besonders aus Feuchtgebieten. Ähnliche Werte wurden auch zwischen 2020 und 2022 beobachtet. Insgesamt hat der Klimawandel zwischen 2007 und 2021 die jährlichen Emissionen aus Feuchtgebieten um 8-10 Tg/Jahr erhöht, 2020 sogar um 14-26 Tg/Jahr, und zwar größtenteils aus tropischen Feuchtgebieten. Die zunehmende Wärme und Feuchtigkeit durch den Klimawandel verstärken in den Feuchtgebieten der Tropen das Pflanzenwachstum und die mikrobielle Zersetzung. Auch in der borealen Zone und der Arktis verstärkt die Erwärmung auf diese Weise die CH<sub>4</sub>-Emissionen von Feuchtgebieten. Außerdem agiert CO<sub>2</sub> als starker Wachstumsfaktor für C3-Pflanzen und liefert damit das pflanzliche Material für eine spätere anaerobe Zersetzung. Höhere Niederschläge können ebenfalls das Pflanzenwachstum verstärken und zudem die Ausdehnung von Feuchtgebieten vergrößern.<ref name="Zhang 2023" /> Änderungen der atmosphärischen Senke von Methan durch die Reaktion mit OH scheinen kein entscheidender Antrieb für das starke Wachstum von Methan in jüngster Zeit gewesen zu sein, noch kämen verstärkte fossile Emissionen in Frage.<ref name="Nisbet 2023a" />


== Methan in der Zukunft ==  
== Methan in der Zukunft ==  
[[Bild:Methane emissions.png|thumb|500px|Abb. 6: Globale anthropogene Methanemissionen über den historischen Zeitraum und für Zukunftsprojektionen in Teragramm pro Jahr]]
[[Bild:Methane emissions.png|thumb|500px|Abb. 7: Globale anthropogene Methanemissionen über den historischen Zeitraum und für Zukunftsprojektionen in Teragramm pro Jahr]]
Für die Zukunft knüpfen sich an die Bedeutung von Methan für den weiteren Klimawandel sowohl Hoffnungen wie starke Befürchtungen. Auf der einen Seite wird auf die kurze Verweilzeit verwiesen, die bei einer Verringerung der Emission von Methan dazu führen würde, dass auch die Konzentration in einem relativ kurzen Zeitraum zurückgehen würde. Wissenschaftler haben zudem zu einer Methan-Entnahme aus der Atmosphäre aufgerufen.<ref name="Ming 2022">Ming, T., W. Li, Q. Yuan et al. (2022): Perspectives on removal of atmospheric methane, Adv. Appl. Energy (2022), Article 100085, 10.1016/j.adapen.2022.100085</ref> Der IPCC schätzt über einen Zeitraum von 10 Jahren die Wirkung von Methan als höher ein als die des Kohlendioxids, das erst bei längeren Zeiträumen von bis zu 100 Jahren die deutlich stärkere Wirkung auf die globale Mitteltemperatur besitzt.<ref name="IPCC 2021 TS">IPCC AR6 WGI (2021): Technical Summary, Figure TS.20</ref>  Dass liegt an dem höheren Treibhauspotential pro Masseneinheit von Methan und der kürzeren Verweilzeit in der Atmosphäre. Dieselbe Masse von Methan wirkt auf die Strahlung über einen Zeitraum von 20 Jahren 82mal stärker als CO<sub>2</sub> und über 100 Jahre 30mal.<ref name="IPCC 2021 Table 7.15">IPCC AR6 WGI (2021): The Earth’s Energy Budget, Climate Feedbacks, and Climate Sensitivity, Table 7.15</ref> Allerdings ist die atmosphärische Konzentration von Methan in der Atmosphäre wesentlich geringer als die von Kohlendioxid und wird in ppb (Teile pro Milliarden Teile) statt in ppm (Teile pro Millionen Teile) wie CO<sub>2</sub> gemessen. Eine Reduzierung der Methanemissionen entsprechend dem 1,5-Grad-Szenario könnte nach Einschätzung der UNEP bis 2050 0,3 °C globale Erwärmung vermeiden. Kurzfristig sei die Vermeidung von Methan wirksamer als die Dekarbonisierung, da mit der Reduzierung von CO<sub>2</sub> auch weniger SO<sub>2</sub> emittiert wird, was bis zur Jahrhundertmitte eine leichte Erwärmung bewirken würde.<ref name="UNEP 2022" />  Außerdem würde durch weniger Methan in der Atmosphäre auch der Gehalt des gesundheitsschädlichen Treibhausgases Ozon abnehmen, da Methan zur Entstehung von troposphärischem Ozon beiträgt.<ref name="Staniaszek 2022">Staniaszek, Z., P.T. Griffiths, G.A. Folberth et al. (2022): [https://doi.org/10.1038/s41612-022-00247-5 The role of future anthropogenic methane emissions in air quality and climate]. npj Clim Atmos Sci 5, 21</ref>  Auf der COP27 in Sharm El-Sheikh haben 2022 mehr als 150 Staaten ein Methan-Abkommen unterzeichnet, das eine Reduktion der Methanemissionen um 30% zwischen 2020 und 2030 vorsieht, so dass die positiven Auswirkungen einer Methanabnahme eine gewisse Realisierungschance besitzen.<ref name="UNEP 2023">United Nations Environment Programme (2023): An Eye on Methane — The road to radical transparency: International Methane Emissions Observatory 2023. Nairobi</ref>   
Für die Zukunft knüpfen sich an die Bedeutung von Methan für den weiteren Klimawandel sowohl Hoffnungen wie starke Befürchtungen. Auf der einen Seite wird auf die kurze Verweilzeit verwiesen, die bei einer Verringerung der Emission von Methan dazu führen würde, dass auch die Konzentration in einem relativ kurzen Zeitraum zurückgehen würde. Wissenschaftler haben zudem zu einer Methan-Entnahme aus der Atmosphäre aufgerufen.<ref name="Ming 2022">Ming, T., W. Li, Q. Yuan et al. (2022): Perspectives on removal of atmospheric methane, Adv. Appl. Energy (2022), Article 100085, 10.1016/j.adapen.2022.100085</ref> Der IPCC schätzt über einen Zeitraum von 10 Jahren die Wirkung von Methan als höher ein als die des Kohlendioxids, das erst bei längeren Zeiträumen von bis zu 100 Jahren die deutlich stärkere Wirkung auf die globale Mitteltemperatur besitzt.<ref name="IPCC 2021 TS">IPCC AR6 WGI (2021): Technical Summary, Figure TS.20</ref>  Dass liegt an dem höheren Treibhauspotential pro Masseneinheit von Methan und der kürzeren Verweilzeit in der Atmosphäre. Dieselbe Masse von Methan wirkt auf die Strahlung über einen Zeitraum von 20 Jahren 82mal stärker als CO<sub>2</sub> und über 100 Jahre 30mal.<ref name="IPCC 2021 Table 7.15">IPCC AR6 WGI (2021): The Earth’s Energy Budget, Climate Feedbacks, and Climate Sensitivity, Table 7.15</ref> Allerdings ist die atmosphärische Konzentration von Methan in der Atmosphäre wesentlich geringer als die von Kohlendioxid und wird in ppb (Teile pro Milliarden Teile) statt in ppm (Teile pro Millionen Teile) wie CO<sub>2</sub> gemessen. Eine Reduzierung der Methanemissionen entsprechend dem 1,5-Grad-Szenario könnte nach Einschätzung der UNEP bis 2050 0,3 °C globale Erwärmung vermeiden. Kurzfristig sei die Vermeidung von Methan wirksamer als die Dekarbonisierung, da mit der Reduzierung von CO<sub>2</sub> auch weniger SO<sub>2</sub> emittiert wird, was bis zur Jahrhundertmitte eine leichte Erwärmung bewirken würde.<ref name="UNEP 2022" />  Außerdem würde durch weniger Methan in der Atmosphäre auch der Gehalt des gesundheitsschädlichen Treibhausgases Ozon abnehmen, da Methan zur Entstehung von troposphärischem Ozon beiträgt.<ref name="Staniaszek 2022">Staniaszek, Z., P.T. Griffiths, G.A. Folberth et al. (2022): [https://doi.org/10.1038/s41612-022-00247-5 The role of future anthropogenic methane emissions in air quality and climate]. npj Clim Atmos Sci 5, 21</ref>  Auf der COP27 in Sharm El-Sheikh haben 2022 mehr als 150 Staaten ein Methan-Abkommen unterzeichnet, das eine Reduktion der Methanemissionen um 30% zwischen 2020 und 2030 vorsieht, so dass die positiven Auswirkungen einer Methanabnahme eine gewisse Realisierungschance besitzen.<ref name="UNEP 2023">United Nations Environment Programme (2023): An Eye on Methane — The road to radical transparency: International Methane Emissions Observatory 2023. Nairobi</ref>   


[[Bild:Wetland CH4-emissions2100.jpg|thumb|500px|Abb. 7: Methanemissionen aus Feuchtgebieten 2000-2100 in Teragramm pro Jahr]]
[[Bild:Wetland CH4-emissions2100.jpg|thumb|500px|Abb. 8: Methanemissionen aus Feuchtgebieten 2000-2100 in Teragramm pro Jahr]]
Die jüngsten Beobachtungen der CH<sub>4</sub>-Konzentration haben dagegen Befürchtungen entstehen lassen, dass Methan in den nächsten Jahrzehnten weniger zur Abmilderung als zur Verschärfung des Klimawandels beitragen könnte. Kleinen et al. (2021)<ref name="Kleinen 2021">Kleinen, T., S. Gromov and B. Steil and V. Brovkin (2021): [https://dx.doi.org/10.1088/1748-9326/ac1814 Atmospheric methane underestimated in future climate projections], Environ. Res. Lett. 16 094006 DOI 10.1088/1748-9326/ac1814</ref> haben die Veränderung der CH<sub>4</sub>-Emissionen mit dem Erdsystemmodell MPI-ESM des Max-Planck-Instituts für Meteorologie für die nächsten 1000 Jahre untersucht. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass die natürlichen Methanemissionen bei den hohen Szenarien dramatisch zunehmen werden. Schon bei dem mittleren Szenario SSP2-4.5, das ungefähr der gegenwärtigen klimatischen Entwicklung entspricht, werden die gegenwärtigen CH<sub>4</sub>-Emissionen verdoppelt, bei den hohen Szenarien wahrscheinlich verdrei- bis vervierfacht. Diese Zunahme wird nach der MPI-Studie hauptsächlich durch Emissionen aus natürlichen Feuchtgebieten angetrieben, verursacht durch eine Kombination von höheren Temperaturen und einer höheren CO<sub>2</sub>-Konzentration, die zu einer höheren Pflanzenproduktivität und Veränderungen in der Saisonalität und Verbreitung der Feuchtgebiete führen wird. Anders als die anthropogenen Emissionen werden die Emissionen aus natürlichen Feuchtgebieten über die nächsten Jahrhunderte aufgrund des Klimawandels weiter zunehmen, so dass sie irgendwann die anthropogenen Methanemissionen übertreffen werden. Eine Folge ist ein höherer Strahlungseffekt durch Methan, der sich von 0,64 W/m<sup>2</sup> zwischen vorindustriell und 2010 auf 2.37 W/m<sup>2</sup> bei dem Szenario SSP3-7.0 erhöhen wird. Zusammen mit dem Strahlungseffekt durch eine CO<sub>2</sub>-Konzentration von 1000-2000 ppm bei den hohen Szenarien SSP3-7.0 und SSP5-8.5 sind Temperaturerhöhungen um bis zu 10 °C gegenüber vorindustriell ab dem übernächsten Jahrhundert nicht ausgeschlossen. Kleinen et al. (2021)<ref name="Kleinen 2021"/> beurteilen daher die Möglichkeit sehr skeptisch, dass eine Verringerung der anthropogenen Methanemissionen kurzfristig die Klimaerwärmung reduzieren würde, ohne die CO<sub>2</sub>-Emissionen deutlich herunterzufahren.
Die jüngsten Beobachtungen der CH<sub>4</sub>-Konzentration haben dagegen Befürchtungen entstehen lassen, dass Methan in den nächsten Jahrzehnten weniger zur Abmilderung als zur Verschärfung des Klimawandels beitragen könnte. Kleinen et al. (2021)<ref name="Kleinen 2021">Kleinen, T., S. Gromov and B. Steil and V. Brovkin (2021): [https://dx.doi.org/10.1088/1748-9326/ac1814 Atmospheric methane underestimated in future climate projections], Environ. Res. Lett. 16 094006 DOI 10.1088/1748-9326/ac1814</ref> haben die Veränderung der CH<sub>4</sub>-Emissionen mit dem Erdsystemmodell MPI-ESM des Max-Planck-Instituts für Meteorologie für die nächsten 1000 Jahre untersucht. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass die natürlichen Methanemissionen bei den hohen Szenarien dramatisch zunehmen werden. Schon bei dem mittleren Szenario SSP2-4.5, das ungefähr der gegenwärtigen klimatischen Entwicklung entspricht, werden die gegenwärtigen CH<sub>4</sub>-Emissionen verdoppelt, bei den hohen Szenarien wahrscheinlich verdrei- bis vervierfacht. Diese Zunahme wird nach der MPI-Studie hauptsächlich durch Emissionen aus natürlichen Feuchtgebieten angetrieben, verursacht durch eine Kombination von höheren Temperaturen und einer höheren CO<sub>2</sub>-Konzentration, die zu einer höheren Pflanzenproduktivität und Veränderungen in der Saisonalität und Verbreitung der Feuchtgebiete führen wird. Anders als die anthropogenen Emissionen werden die Emissionen aus natürlichen Feuchtgebieten über die nächsten Jahrhunderte aufgrund des Klimawandels weiter zunehmen, so dass sie irgendwann die anthropogenen Methanemissionen übertreffen werden. Eine Folge ist ein höherer Strahlungseffekt durch Methan, der sich von 0,64 W/m<sup>2</sup> zwischen vorindustriell und 2010 auf 2.37 W/m<sup>2</sup> bei dem Szenario SSP3-7.0 erhöhen wird. Zusammen mit dem Strahlungseffekt durch eine CO<sub>2</sub>-Konzentration von 1000-2000 ppm bei den hohen Szenarien SSP3-7.0 und SSP5-8.5 sind Temperaturerhöhungen um bis zu 10 °C gegenüber vorindustriell ab dem übernächsten Jahrhundert nicht ausgeschlossen. Kleinen et al. (2021)<ref name="Kleinen 2021"/> beurteilen daher die Möglichkeit sehr skeptisch, dass eine Verringerung der anthropogenen Methanemissionen kurzfristig die Klimaerwärmung reduzieren würde, ohne die CO<sub>2</sub>-Emissionen deutlich herunterzufahren.


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| [[Bild:Rice paddies.jpg|thumb|200px|Abb. 8a: Nassreisanbau als Methanquelle]]||[[Bild:Ruminants methane source.jpg|thumb|200px|Abb. 8b: Rinderzucht als Methanquelle]]||[[Bild:Waste treatment.jpg|thumb|200px|Abb. 8c: Abfallbehandlung als Methanquelle]]
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Während der 2010er Jahre betrugen die gesamten Methanemissionen ~620 Tg/Jahr.<ref name="Saunois 2025">Saunois, M., A. Martinez, A., B. Poulter et al. (2025): [https://doi.org/10.5194/essd-17-1873-2025 Global Methane Budget 2000–2020], Earth Syst. Sci. Data, 17, 1873–1958</ref> Über die Mengen, die von einzelnen Quellen emittiert werden, besteht große Unsicherheit.<ref>Saunois et al. 2025 geben Button-up- und Top-down-Werte getrennt an. In diesem Text wird der Einfachheit der Darstellung wegen ein Mittelwert benutzt.</ref> Die wichtigste natürliche Quelle sind Feuchtgebiete zusammen mit Flüssen und Seen, aus denen ~210 Tg/Jahr bzw. ein Drittel der Gesamtemissionen entweichen.<ref name="Saunois 2025"/> Sie befinden sich vor allem in den [[Tropen]] und hohen Breiten. Feuchtgebiete reagieren sehr empfindlich auf Klimaänderungen, insbesondere auf höhere Niederschläge, die zu einer Ausweitung von Feuchtgebieten führen können. Aber auch höhere Temperaturen spielen eine Rolle, da sie die Zersetzungsprozesse verstärken. 85% der Zunahme der Methanemissionen seit 2007 stammen nach Nisbet (2023) aus Feuchtgebieten, die Hälfte davon aus den Tropen.<ref>Nisbet, E.G. (2023): [https://doi.org/10.1038/s41558-023-01634-3 Climate feedback on methane from wetlands], Nature Climate Change</ref> Durch den Klimawandel ist der Mensch indirekt an den langfristigen Veränderungen der natürlichen Quellen beteiligt. Jährliche Änderungen können aber auch durch natürliche Schwankungen wie das ENSO-Phänomen verursacht sein.<ref>Lin, X., S. Peng, P. Ciais et al. (2024): [https://doi.org/10.1038/s41467-024-55266-y Recent methane surges reveal heightened emissions from tropical inundated areas]. Nat Commun 15, 10894</ref>  
Während der 2010er Jahre betrugen die gesamten Methanemissionen ~620 Tg/Jahr.<ref name="Saunois 2025">Saunois, M., A. Martinez, A., B. Poulter et al. (2025): [https://doi.org/10.5194/essd-17-1873-2025 Global Methane Budget 2000–2020], Earth Syst. Sci. Data, 17, 1873–1958</ref> Über die Mengen, die von einzelnen Quellen emittiert werden, besteht große Unsicherheit.<ref>Saunois et al. 2025 geben Button-up- und Top-down-Werte getrennt an. In diesem Text wird der Einfachheit der Darstellung wegen ein Mittelwert benutzt.</ref> Die wichtigste natürliche Quelle sind Feuchtgebiete zusammen mit Flüssen und Seen, aus denen ~210 Tg/Jahr bzw. ein Drittel der Gesamtemissionen entweichen.<ref name="Saunois 2025"/> Sie befinden sich vor allem in den [[Tropen]] und hohen Breiten. Feuchtgebiete reagieren sehr empfindlich auf Klimaänderungen, insbesondere auf höhere Niederschläge, die zu einer Ausweitung von Feuchtgebieten führen können. Aber auch höhere Temperaturen spielen eine Rolle, da sie die Zersetzungsprozesse verstärken. 85% der Zunahme der Methanemissionen seit 2007 stammen nach Nisbet (2023) aus Feuchtgebieten, die Hälfte davon aus den Tropen.<ref>Nisbet, E.G. (2023): [https://doi.org/10.1038/s41558-023-01634-3 Climate feedback on methane from wetlands], Nature Climate Change</ref> Durch den Klimawandel ist der Mensch indirekt an den langfristigen Veränderungen der natürlichen Quellen beteiligt. Jährliche Änderungen können aber auch durch natürliche Schwankungen wie das ENSO-Phänomen verursacht sein.<ref>Lin, X., S. Peng, P. Ciais et al. (2024): [https://doi.org/10.1038/s41467-024-55266-y Recent methane surges reveal heightened emissions from tropical inundated areas]. Nat Commun 15, 10894</ref>  


Durch menschliche Aktivitäten entstehen aber auch direkt Methan-Emissionen. Rund 360 Tg/Jahr bzw. 65% der Methan-Emissionen stammten in den 2010er aus direkten anthropogenen Quellen.<ref name="Saunois 2025"/> Die wichtigste dieser Quellen ist mit 143 Tg/Jahr die Landwirtschaft und hier vor allem mit 112 Tg/Jahr die Viehzucht von Wiederkäuern, insbesondere von Rindern, die bei der Verdauung Methan  produzieren (Abb. 8b). Indien, Brasilien, China und die USA tragen hierzu am meisten bei. Aus Südasien, d.h. vor allem aus Indien, dem Land mit der höchsten Rinderpopulation der Welt, stammten 2010-2019 jährlich 20,1 Tg Methan pro Jahr aus der Haltung von Wiederkäuern. Eine weitere wichtige landwirtschaftliche Quelle ist der Nassreisanbau mit 32 Tg/Jahr, auf dessen überschwemmten Feldern anaerobe Fäulnisprozesse ablaufen (Abb. 8a). 83% dieser Emissionen stammen aus China, Süd- und Südostasien. An zweiter Stelle nach der Landwirtschaft stehen bei den direken anthropogenen Emissionen die Gewinnung und der Transport der fossilen Energieträger Kohle, Öl und Gas mit 120 Tg/Jahr. Bei der Förderung wie durch Leckagen beim Transport entweichen beträchtliche Mengen an Methan. Letztlich sind auch die wachsenden Müllberge mit 28 Tg/Jahr und die Abfallbehandlung eine bedeutende Methanquelle (Abb. 8c).<ref name="Saunois 2025"/>
Durch menschliche Aktivitäten entstehen aber auch direkt Methan-Emissionen. Rund 360 Tg/Jahr bzw. 65% der Methan-Emissionen stammten in den 2010er aus direkten anthropogenen Quellen.<ref name="Saunois 2025"/> Die wichtigste dieser Quellen ist mit 143 Tg/Jahr die Landwirtschaft und hier vor allem mit 112 Tg/Jahr die Viehzucht von Wiederkäuern, insbesondere von Rindern, die bei der Verdauung Methan  produzieren (Abb. 9b). Indien, Brasilien, China und die USA tragen hierzu am meisten bei. Aus Südasien, d.h. vor allem aus Indien, dem Land mit der höchsten Rinderpopulation der Welt, stammten 2010-2019 jährlich 20,1 Tg Methan pro Jahr aus der Haltung von Wiederkäuern. Eine weitere wichtige landwirtschaftliche Quelle ist der Nassreisanbau mit 32 Tg/Jahr, auf dessen überschwemmten Feldern anaerobe Fäulnisprozesse ablaufen (Abb. 9a). 83% dieser Emissionen stammen aus China, Süd- und Südostasien. An zweiter Stelle nach der Landwirtschaft stehen bei den direken anthropogenen Emissionen die Gewinnung und der Transport der fossilen Energieträger Kohle, Öl und Gas mit 120 Tg/Jahr. Bei der Förderung wie durch Leckagen beim Transport entweichen beträchtliche Mengen an Methan. Letztlich sind auch die wachsenden Müllberge mit 28 Tg/Jahr und die Abfallbehandlung eine bedeutende Methanquelle (Abb. 9c).<ref name="Saunois 2025"/>
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== Auswirkungen klimatischer Änderungen ==
== Auswirkungen klimatischer Änderungen ==
Wie geologische Daten zeigen,  werden Methanquellen und –senken auch durch klimatische Parameter wie Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst. Das ist vor allem für die Übergangsphasen zwischen Warm– und Kaltzeiten während des [[Eiszeitalter]]s nachgewiesen, als die Methankonzentrationen um 450 ppb schwankten. Auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit lag die Methankonzentration bei 390 ppb. Im vorindustriellen Zeitalter variierte die Methankonzentration zwischen 625 und 800 ppb.<ref name="IPCC 2021 2.2.3.2.2">IPCC AR6 WGI (2021): Changing State of the Climate System, 2.2.3.2.2</ref> Beim Methan sind es vor allem die Feuchtgebiete, deren Methanemissionen durch klimatische Faktoren variiert werden (s.o.), aber in jüngerer Zeit auch z.B. Reisfelder und die Verbrennung von Biomasse. Letztere prägt, wie oben gezeigt, auch die OH-Konzentration, die wichtigste Senke von Methan. Methan ist daher nicht nur ein wichtiges Treibhaugas, das den Klimawandel antreibt, sondern wird selbst wiederum durch Klimaänderungen beeinflusst.
Wie geologische Daten zeigen,  werden Methanquellen und –senken auch durch klimatische Parameter wie Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst. Das ist vor allem für die Übergangsphasen zwischen Warm– und Kaltzeiten während des [[Eiszeitalter]]s nachgewiesen, als die Methankonzentrationen um 450 ppb schwankten. Auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit lag die Methankonzentration bei 390 ppb. Im vorindustriellen Zeitalter variierte die Methankonzentration zwischen 625 und 800 ppb.<ref name="IPCC 2021 2.2.3.2.2">IPCC AR6 WGI (2021): Changing State of the Climate System, 2.2.3.2.2</ref> Beim Methan sind es vor allem die Feuchtgebiete, deren Methanemissionen durch klimatische Faktoren variiert werden (s.o.), aber in jüngerer Zeit auch z.B. Reisfelder und die Verbrennung von Biomasse. Letztere prägt, wie oben gezeigt, auch die OH-Konzentration, die wichtigste Senke von Methan. Methan ist daher nicht nur ein wichtiges Treibhaugas, das den Klimawandel antreibt, sondern wird selbst wiederum durch Klimaänderungen beeinflusst.
[[Bild:Cc feedback CH4 wetlands.jpg|thumb|440px|Abb. 10: Positive Rückkopplung zwischen Treibhausgasemissionen, Erwärmung und CH4-Emissionen von Feuchtgebieten: Die Abb. zeigt die globale Erwärmung durch Treibhausgasemissionen (GHGs enhance warming), die Erwärmung von Feuchtgebieten und die daraus folgenden zusätzlichen Methanemissionen (Additional CH4 emissions). Rechts am Rand wird auch auf die natürlichen CH4-Basisemissionen hingewiesen.]]


=== Methan im Permafrost ===
=== Methan im Permafrost ===
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===Methanhydrate===
===Methanhydrate===
[[Bild:Methanhydrat_verteilung.jpg|thumb|500px|Abb. 11: Vorkommen von Methanhydraten]]
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Der Klimawandel könnte auch eine noch wesentlich größere Methanquelle angreifen, nämlich die Methanhydrate in Ozeansedimenten, von denen langfristig ein [[Kipppunkte im Klimasystem|Kipppunkt]] im Klimasystem drohen könnte, d.h. ein Umkippen des gegenwärtigen Klimas in einen neuen Zustand.<ref name="CCSP" /><ref name="Archer 2009">Archer, D., B. Buffett, and V. Brockin (2009): Ocean methane hydrates as a slow tipping point in the global carbon cycle, Proceedings of the National Academy of Sciences 106, 20596–20601</ref> Bei den Methanhydraten handelt es sich um unter hohem Druck und bei Temperaturen um den Gefrierpunkt entstandene Verbindungen aus Wasser und Methan, die an den Kontinentalhängen der Ozeanböden in Tiefen von ca. 400-1000 m liegen. Die gegenwärtig dort eingebundene Methanmenge ist sehr schwierig zu bestimmen und wird auf 700 bis 10 000 Gt C geschätzt.<ref name="Archer 2009" />  
Der Klimawandel könnte auch eine noch wesentlich größere Methanquelle angreifen, nämlich die Methanhydrate in Ozeansedimenten, von denen langfristig ein [[Kipppunkte im Klimasystem|Kipppunkt]] im Klimasystem drohen könnte, d.h. ein Umkippen des gegenwärtigen Klimas in einen neuen Zustand.<ref name="Archer 2009">Archer, D., B. Buffett, and V. Brockin (2009): Ocean methane hydrates as a slow tipping point in the global carbon cycle, Proceedings of the National Academy of Sciences 106, 20596–20601</ref> Bei den Methanhydraten handelt es sich um unter hohem Druck und bei Temperaturen um den Gefrierpunkt entstandene Verbindungen aus Wasser und Methan, die an den Kontinentalhängen der Ozeanböden in Tiefen von ca. 400-1000 m liegen. Die gegenwärtig dort eingebundene Methanmenge ist sehr schwierig zu bestimmen und wird auf 700 bis 10 000 Gt C geschätzt.<ref name="Archer 2009" />  


Die Freisetzung von Methan aus Gashydraten wird jedoch von jüngeren Untersuchungen als sehr gering eingeschätzt. Saunois et al. (2025)<ref name="Saunois 2025"/> gehen von weniger als 0,1 TgCH4 pro Jahr aus. Die Emissionen der letzten 100 Jahre aus Hydraten seien vernachlässigbar. Der jüngste Bericht des Weltklimarates IPCC schätzt die Freisetzung im 21. Jh. auf weniger als 2% der gegenwärtigen anthropogenen Methan-Emissionen.<ref name="IPCC 2021 FAQ 5.2">IPCC AR6 WGI (2021): Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks</ref> Auch im Übergang von Kalt- zu Warmzeiten während des Eiszeitalters waren die Emissionen aus Methanhydraten sehr gering und haben 19 Tg pro Jahr nicht überschritten.<ref name="IPCC 2021 Box 5.1">IPCC AR6 WGI (2021): Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks</ref>
Die Freisetzung von Methan aus Gashydraten wird jedoch von jüngeren Untersuchungen als sehr gering eingeschätzt. Saunois et al. (2025)<ref name="Saunois 2025"/> gehen von weniger als 0,1 TgCH4 pro Jahr aus. Die Emissionen der letzten 100 Jahre aus Hydraten seien vernachlässigbar. Der jüngste Bericht des Weltklimarates IPCC schätzt die Freisetzung im 21. Jh. auf weniger als 2% der gegenwärtigen anthropogenen Methan-Emissionen.<ref name="IPCC 2021 FAQ 5.2">IPCC AR6 WGI (2021): Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks</ref> Auch im Übergang von Kalt- zu Warmzeiten während des Eiszeitalters waren die Emissionen aus Methanhydraten sehr gering und haben 19 Tg pro Jahr nicht überschritten.<ref name="IPCC 2021 Box 5.1">IPCC AR6 WGI (2021): Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks</ref>

Aktuelle Version vom 18. Oktober 2025, 18:33 Uhr

Abb. 1: Anteil der wichtigsten langlebigen Treibhausgase an der globalen Erwärmung von vorindustriell bis 2023, übersetzt

Einleitung

Methan gehört mit Kohlendioxid, Lachgas und FCKW zu den langlebigen Treibhausgasen und beeinflusst den Strahlungshaushalt der Atmosphäre und damit den anthropogenen (menschengemachten) Treibhauseffekt. Die chemische Formel für Methan ist CH4. Ein Kilogramm Methan erwärmt die Atmosphäre 28 Mal stärker als ein Kilogramm CO2. Es gibt aber sehr viel weniger Methan in der Atmosphäre als Kohlendioxid, und Methan verbleibt deutlich weniger lange in der Atmosphäre. Daher ist Methan nur mit 16% am Klimawandel beteiligt, Kohlendioxid aber mit 66% (Abb. 1).[1]

Atmosphärische Konzentrationsänderungen

Abb. 2: Änderungen der atmosphärischen Methan-Konzentration in den letzten 640 000 Jahren sowie Schwankungen von Deuterium als Proxy (Stellvertreterdaten) für Temperatur im arktischen Eis.

Die Wirkung auf das Klima wird durch den Strahlungsantrieb ausgedrückt, der für Methan bei 0,56 W/m2 liegt und für CO2 bei 2,25 W/m2.[2] D.h. Methan hat die Erde seit Beginn der Industrialisierung nur ein Viertel so stark erwärmt wie Kohlendioxid. Die Konzentration von Methan in der Atmosphäre lag während des Eiszeitalters zwischen ca. 400 ppb während der Kaltzeiten und 700 ppb während der Warmzeiten (Abb. 2). Sie hat sich seit der vorindustriellen Zeit von ca. 800 ppb[3] auf ca. 1920 ppb im Jahre 2022 deutlich mehr als verdoppelt (Abb. 3).[4] Der aktuelle Wert ist in den letzten 800 000 Jahren beispiellos. Während frühere Daten aus in Eis oder Firn eingeschlossenen Luftbläschen stammen, wird die Methankonzentration seit ca. 1980 Jahren direkt in der Atmosphäre und global repräsentativ gemessen. In dieser Zeit ist die Methankonzentration noch einmal deutlich angestiegen, allerdings mit Schwankungen in unterschiedlichen Phasen (Abb. 4).

Abb. 3: Globale monatliche Methan-Konzentration 1983-2025
Abb. 4: Jährliche Wachstumsrate der Methankonzentration 1984-2022

Die Wachstumsrate der Methanzunahmen ist seit den 1980er Jahren zunächst von 15 ppb/Jahr bis in die frühen 2000er Jahre auf nahezu Null zurückgegangen. Die hohen Wachstumsraten der 1980er Jahre werden auf die Grüne Revolution in der Landwirtschaft und eine starke Industrialisierung in zahlreichen Ländern zurückgeführt. Ursachen für den anschließenden Rückgang werden in der Abnahme von Emissionen in der Gas- und Ölförderung sowie in der Temperaturabnahme durch den Ausbruch des Mt. Pinatubo gesehen. Bei dem Vulkanausbruch sind große Mengen an Aerosolen und Schwefeldioxid in die untere Stratosphäre geschleudert worden, die die Erde abgekühlt und die Emissionen von Methan aus Feuchtgebieten reduziert haben könnten.[5]

Ab 2007 gab es eine erneute Wende in der Entwicklung der Methankonzentration (s. Abb. 3 und 4). Der Methananteil in der Atmosphäre stieg wieder an und erreichte 2022 einen Wert von über 1900 ppb.[6] Die durchschnittliche Steigerungsrate lag in den 2010er Jahren bei ca. 8 ppb/Jahr[5] und erreichte 2021 den bisher höchsten Wert von 18 ppb pro Jahr.[7] Manche Autoren sehen durch die jüngste Zunahme der Methanemissionen und das Tempo der Veränderung die Menschheit an der Schwelle zu einer neuen, noch wärmeren Klimaepoche als bisher.[8] Einige Wissenschaftler schlagen über das ‚gefährlich schnelle‘ Wachstum der Methankonzentration Alarm[9] und warnen vor einer Gefährdung des Paris-Abkommens einer Begrenzung des Klimawandels im 21. Jahrhundert auf 1,5 °C über vorindustriell.[10] Die Gründe für diese Entwicklung sind nicht endgültig geklärt. Die mit dem Wachstum der Methanemissionen abnehmende 13C-Isotopen-Signatur des emittierten Methans spricht für biogene bzw. mikrobielle Quellen in der Landwirtschaft, auf Mülldeponien oder durch Klima-Rückkopplungen von Feuchtgebieten, auf die sich in jüngster Zeit trotz aller Unsicherheiten der Fokus gerichtet zu haben scheint.[11] Ein Problem bei der sog. Feuchtgebiets-Hypothese[8] ist allerdings die schwierige Datenlage. Die Ergebnisse von Top-Down-Methoden, die auf Modellrechnungen und Satellitendaten beruhen, liegen um mehr als 50% über den Bottom-Up-Methoden der Messungen vor Ort,[12] und die meisten Erdsystemmodelle der jüngsten Generation enthalten keine oder nur unvollständige Methan-Klima-Feedbackprozesse der globalen Feuchtgebiete.[11][5]

Abb. 5: Methan-Emissionen aus Feuchtgebieten verstärken den Klimawandel, der wiederum in einem Kreislauf die Emissionen antreibt.
Abb. 6: Positive Rückkopplung zwischen Treibhausgasemissionen, Erwärmung und CH4-Emissionen von Feuchtgebieten: Die Abb. zeigt die globale Erwärmung durch Treibhausgasemissionen (GHGs enhance warming), die Erwärmung von Feuchtgebieten und die daraus folgenden zusätzlichen Methanemissionen (Additional CH4 emissions). Rechts am Rand wird auch auf die natürlichen CH4-Basisemissionen hingewiesen.

Einzelne Untersuchungen der jüngsten Zeit stützen dennoch die Feuchtgebiets-Hypothese. So stammten nach Nisbet et al. (2023)[8] 80% der beobachteten Zunahme des Methangehalts 2010-2019 aus tropischen Emissionen, und hier besonders aus Feuchtgebieten. Ähnliche Werte wurden auch zwischen 2020 und 2022 beobachtet. Insgesamt hat der Klimawandel zwischen 2007 und 2021 die jährlichen Emissionen aus Feuchtgebieten um 8-10 Tg/Jahr erhöht, 2020 sogar um 14-26 Tg/Jahr, und zwar größtenteils aus tropischen Feuchtgebieten. Die zunehmende Wärme und Feuchtigkeit durch den Klimawandel verstärken in den Feuchtgebieten der Tropen das Pflanzenwachstum und die mikrobielle Zersetzung. Auch in der borealen Zone und der Arktis verstärkt die Erwärmung auf diese Weise die CH4-Emissionen von Feuchtgebieten. Außerdem agiert CO2 als starker Wachstumsfaktor für C3-Pflanzen und liefert damit das pflanzliche Material für eine spätere anaerobe Zersetzung. Höhere Niederschläge können ebenfalls das Pflanzenwachstum verstärken und zudem die Ausdehnung von Feuchtgebieten vergrößern.[11] Änderungen der atmosphärischen Senke von Methan durch die Reaktion mit OH scheinen kein entscheidender Antrieb für das starke Wachstum von Methan in jüngster Zeit gewesen zu sein, noch kämen verstärkte fossile Emissionen in Frage.[8]

Methan in der Zukunft

Abb. 7: Globale anthropogene Methanemissionen über den historischen Zeitraum und für Zukunftsprojektionen in Teragramm pro Jahr

Für die Zukunft knüpfen sich an die Bedeutung von Methan für den weiteren Klimawandel sowohl Hoffnungen wie starke Befürchtungen. Auf der einen Seite wird auf die kurze Verweilzeit verwiesen, die bei einer Verringerung der Emission von Methan dazu führen würde, dass auch die Konzentration in einem relativ kurzen Zeitraum zurückgehen würde. Wissenschaftler haben zudem zu einer Methan-Entnahme aus der Atmosphäre aufgerufen.[13] Der IPCC schätzt über einen Zeitraum von 10 Jahren die Wirkung von Methan als höher ein als die des Kohlendioxids, das erst bei längeren Zeiträumen von bis zu 100 Jahren die deutlich stärkere Wirkung auf die globale Mitteltemperatur besitzt.[14] Dass liegt an dem höheren Treibhauspotential pro Masseneinheit von Methan und der kürzeren Verweilzeit in der Atmosphäre. Dieselbe Masse von Methan wirkt auf die Strahlung über einen Zeitraum von 20 Jahren 82mal stärker als CO2 und über 100 Jahre 30mal.[15] Allerdings ist die atmosphärische Konzentration von Methan in der Atmosphäre wesentlich geringer als die von Kohlendioxid und wird in ppb (Teile pro Milliarden Teile) statt in ppm (Teile pro Millionen Teile) wie CO2 gemessen. Eine Reduzierung der Methanemissionen entsprechend dem 1,5-Grad-Szenario könnte nach Einschätzung der UNEP bis 2050 0,3 °C globale Erwärmung vermeiden. Kurzfristig sei die Vermeidung von Methan wirksamer als die Dekarbonisierung, da mit der Reduzierung von CO2 auch weniger SO2 emittiert wird, was bis zur Jahrhundertmitte eine leichte Erwärmung bewirken würde.[12] Außerdem würde durch weniger Methan in der Atmosphäre auch der Gehalt des gesundheitsschädlichen Treibhausgases Ozon abnehmen, da Methan zur Entstehung von troposphärischem Ozon beiträgt.[16] Auf der COP27 in Sharm El-Sheikh haben 2022 mehr als 150 Staaten ein Methan-Abkommen unterzeichnet, das eine Reduktion der Methanemissionen um 30% zwischen 2020 und 2030 vorsieht, so dass die positiven Auswirkungen einer Methanabnahme eine gewisse Realisierungschance besitzen.[17]

Abb. 8: Methanemissionen aus Feuchtgebieten 2000-2100 in Teragramm pro Jahr

Die jüngsten Beobachtungen der CH4-Konzentration haben dagegen Befürchtungen entstehen lassen, dass Methan in den nächsten Jahrzehnten weniger zur Abmilderung als zur Verschärfung des Klimawandels beitragen könnte. Kleinen et al. (2021)[18] haben die Veränderung der CH4-Emissionen mit dem Erdsystemmodell MPI-ESM des Max-Planck-Instituts für Meteorologie für die nächsten 1000 Jahre untersucht. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass die natürlichen Methanemissionen bei den hohen Szenarien dramatisch zunehmen werden. Schon bei dem mittleren Szenario SSP2-4.5, das ungefähr der gegenwärtigen klimatischen Entwicklung entspricht, werden die gegenwärtigen CH4-Emissionen verdoppelt, bei den hohen Szenarien wahrscheinlich verdrei- bis vervierfacht. Diese Zunahme wird nach der MPI-Studie hauptsächlich durch Emissionen aus natürlichen Feuchtgebieten angetrieben, verursacht durch eine Kombination von höheren Temperaturen und einer höheren CO2-Konzentration, die zu einer höheren Pflanzenproduktivität und Veränderungen in der Saisonalität und Verbreitung der Feuchtgebiete führen wird. Anders als die anthropogenen Emissionen werden die Emissionen aus natürlichen Feuchtgebieten über die nächsten Jahrhunderte aufgrund des Klimawandels weiter zunehmen, so dass sie irgendwann die anthropogenen Methanemissionen übertreffen werden. Eine Folge ist ein höherer Strahlungseffekt durch Methan, der sich von 0,64 W/m2 zwischen vorindustriell und 2010 auf 2.37 W/m2 bei dem Szenario SSP3-7.0 erhöhen wird. Zusammen mit dem Strahlungseffekt durch eine CO2-Konzentration von 1000-2000 ppm bei den hohen Szenarien SSP3-7.0 und SSP5-8.5 sind Temperaturerhöhungen um bis zu 10 °C gegenüber vorindustriell ab dem übernächsten Jahrhundert nicht ausgeschlossen. Kleinen et al. (2021)[18] beurteilen daher die Möglichkeit sehr skeptisch, dass eine Verringerung der anthropogenen Methanemissionen kurzfristig die Klimaerwärmung reduzieren würde, ohne die CO2-Emissionen deutlich herunterzufahren.

Quellen und Senken

Abb. 9a: Nassreisanbau als Methanquelle
Abb. 9b: Rinderzucht als Methanquelle
Abb. 9c: Abfallbehandlung als Methanquelle

Quellen

Methan (CH4) ist ein Treibhausgas, das sowohl aus natürlichen (z.B. Sümpfen, Termiten, Wäldern) als auch anthropogenen Quellen (z.B. Reisfeldern, Mülldeponien oder Erdgasgewinnung und -transport) stammt. Das Gas entsteht in der Regel bei Fäulnisprozessen unter anaeroben Bedingungen (d.h. unter Luftabschluss) mit Beteiligung von Mikroorganismen.

Während der 2010er Jahre betrugen die gesamten Methanemissionen ~620 Tg/Jahr.[19] Über die Mengen, die von einzelnen Quellen emittiert werden, besteht große Unsicherheit.[20] Die wichtigste natürliche Quelle sind Feuchtgebiete zusammen mit Flüssen und Seen, aus denen ~210 Tg/Jahr bzw. ein Drittel der Gesamtemissionen entweichen.[19] Sie befinden sich vor allem in den Tropen und hohen Breiten. Feuchtgebiete reagieren sehr empfindlich auf Klimaänderungen, insbesondere auf höhere Niederschläge, die zu einer Ausweitung von Feuchtgebieten führen können. Aber auch höhere Temperaturen spielen eine Rolle, da sie die Zersetzungsprozesse verstärken. 85% der Zunahme der Methanemissionen seit 2007 stammen nach Nisbet (2023) aus Feuchtgebieten, die Hälfte davon aus den Tropen.[21] Durch den Klimawandel ist der Mensch indirekt an den langfristigen Veränderungen der natürlichen Quellen beteiligt. Jährliche Änderungen können aber auch durch natürliche Schwankungen wie das ENSO-Phänomen verursacht sein.[22]

Durch menschliche Aktivitäten entstehen aber auch direkt Methan-Emissionen. Rund 360 Tg/Jahr bzw. 65% der Methan-Emissionen stammten in den 2010er aus direkten anthropogenen Quellen.[19] Die wichtigste dieser Quellen ist mit 143 Tg/Jahr die Landwirtschaft und hier vor allem mit 112 Tg/Jahr die Viehzucht von Wiederkäuern, insbesondere von Rindern, die bei der Verdauung Methan produzieren (Abb. 9b). Indien, Brasilien, China und die USA tragen hierzu am meisten bei. Aus Südasien, d.h. vor allem aus Indien, dem Land mit der höchsten Rinderpopulation der Welt, stammten 2010-2019 jährlich 20,1 Tg Methan pro Jahr aus der Haltung von Wiederkäuern. Eine weitere wichtige landwirtschaftliche Quelle ist der Nassreisanbau mit 32 Tg/Jahr, auf dessen überschwemmten Feldern anaerobe Fäulnisprozesse ablaufen (Abb. 9a). 83% dieser Emissionen stammen aus China, Süd- und Südostasien. An zweiter Stelle nach der Landwirtschaft stehen bei den direken anthropogenen Emissionen die Gewinnung und der Transport der fossilen Energieträger Kohle, Öl und Gas mit 120 Tg/Jahr. Bei der Förderung wie durch Leckagen beim Transport entweichen beträchtliche Mengen an Methan. Letztlich sind auch die wachsenden Müllberge mit 28 Tg/Jahr und die Abfallbehandlung eine bedeutende Methanquelle (Abb. 9c).[19]

Abb. 10: Globales Methanbudget für 2009-2019, übersetzt.

Senken

In der Atmosphäre hat Methan eine verhältnismäßig kurze Verweilzeit von 9 Jahren.[23] Die wichtigste Senke ist die chemische Reaktion mit dem Hydroxyl-Radikal OH in der Troposphäre:

OH + CH4 -> CH3 + H2O

Durch diesen Prozess werden pro Jahr 520-600 Tg Methan aus der Atmosphäre entfernt. Außerdem wird ein geringer Teil vom Boden aufgenommen (~33 Tg/Jahr) und in der Stratosphäre durch Reaktion mit OH, Cl und O umgewandelt (32 Tg/Jahr).[19] Das Hydroxyl-Radikal (OH), das nicht nur Methan, sondern auch andere klimatisch und toxisch wichtige Spurenstoffe wie Stickoxide und Kohlenmonoxid kontrolliert, entsteht hauptsächlich durch die photolytische Spaltung von Ozon (O3 + hv -> O + O2). Elektronisch angeregte O-Atome reagieren anschließend mit Wasserdampf zu Hydroxyl-Radikalen:

O* + H2O -> 2 OH

Die im globalen Mittel wichtigsten Senken für OH sind die Reaktion mit Kohlenmonoxid (CO) und CH4. Es reagiert aber außerdem mit einer Reihe von anderen Spurengasen. Diese Reaktionen führen häufig zur Entstehung von H2O-Radikalen, durch die es über eine Reaktion mit O3 oder NO wieder zur Entstehung von OH kommt. Aufgrund dieser und anderer Reaktionen unterliegt auch die OH-Konzentration (und damit auch die Reaktion mit Methan) Schwankungen im Laufe der Zeit. Eine wichtige Rolle spielen in diesem Zusammenhang Waldbrände, die große Mengen an Kohlenmonoxid emittieren. So sind wahrscheinlich die starken Waldbrände in Indonesien als Folge des El Niño von 1997/98 für das Minimum der globalen OH-Konzentration in den letzten Jahrzehnten verantwortlich.

Auswirkungen klimatischer Änderungen

Wie geologische Daten zeigen, werden Methanquellen und –senken auch durch klimatische Parameter wie Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst. Das ist vor allem für die Übergangsphasen zwischen Warm– und Kaltzeiten während des Eiszeitalters nachgewiesen, als die Methankonzentrationen um 450 ppb schwankten. Auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit lag die Methankonzentration bei 390 ppb. Im vorindustriellen Zeitalter variierte die Methankonzentration zwischen 625 und 800 ppb.[24] Beim Methan sind es vor allem die Feuchtgebiete, deren Methanemissionen durch klimatische Faktoren variiert werden (s.o.), aber in jüngerer Zeit auch z.B. Reisfelder und die Verbrennung von Biomasse. Letztere prägt, wie oben gezeigt, auch die OH-Konzentration, die wichtigste Senke von Methan. Methan ist daher nicht nur ein wichtiges Treibhaugas, das den Klimawandel antreibt, sondern wird selbst wiederum durch Klimaänderungen beeinflusst.

Methan im Permafrost

Die Permafrostböden der Arktis speichern über 1000 Gt Kohlenstoff, aus denen beim Auftauen erhebliche Mengen an Methan entweichen können. Die Methan-Emissionen aus den nördlichen Permafrostregionen zeigen jedoch gegenwärtig keine eindeutige Zunahme. Zumindest belegen atmosphärische Messungen keine CH4-Trends während der letzten 30 Jahre.[25]

Methanhydrate

Abb. 11: Vorkommen von Methanhydraten

Der Klimawandel könnte auch eine noch wesentlich größere Methanquelle angreifen, nämlich die Methanhydrate in Ozeansedimenten, von denen langfristig ein Kipppunkt im Klimasystem drohen könnte, d.h. ein Umkippen des gegenwärtigen Klimas in einen neuen Zustand.[26] Bei den Methanhydraten handelt es sich um unter hohem Druck und bei Temperaturen um den Gefrierpunkt entstandene Verbindungen aus Wasser und Methan, die an den Kontinentalhängen der Ozeanböden in Tiefen von ca. 400-1000 m liegen. Die gegenwärtig dort eingebundene Methanmenge ist sehr schwierig zu bestimmen und wird auf 700 bis 10 000 Gt C geschätzt.[26]

Die Freisetzung von Methan aus Gashydraten wird jedoch von jüngeren Untersuchungen als sehr gering eingeschätzt. Saunois et al. (2025)[19] gehen von weniger als 0,1 TgCH4 pro Jahr aus. Die Emissionen der letzten 100 Jahre aus Hydraten seien vernachlässigbar. Der jüngste Bericht des Weltklimarates IPCC schätzt die Freisetzung im 21. Jh. auf weniger als 2% der gegenwärtigen anthropogenen Methan-Emissionen.[27] Auch im Übergang von Kalt- zu Warmzeiten während des Eiszeitalters waren die Emissionen aus Methanhydraten sehr gering und haben 19 Tg pro Jahr nicht überschritten.[28]

Einzelnachweise

  1. ↑ WMO (2024): Greenhouse Gas Bulletin
  2. ↑ Forster, P. M., C.J. Smith, T. Walsh et al. (2023): Indicators of Global Climate Change 2022: Annual update of large-scale indicators of the state of the climate system and the human influence, Earth System Science Data, doi.org/10.5194/essd-2023-166
  3. ↑ IPCC (2021): Climate Change 2021, Working Group I: The Science of Climate Change, 2.2.3
  4. ↑ World Meteorological Organization (2023): WMO Global Greenhouse Gas Bulletin No. 19
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 IPCC AR6 WGI (2021): Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks, Cross-Chapter Box 5.2
  6. ↑ World Meteorological Organization (2023): WMO Global Greenhouse Gas Bulletin No. 19
  7. ↑ NOAA Earth System Research Laboratory: Trends in Atmospheric Methane
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 Nisbet, E.G., M.R.Manning, E.J. Dlugokencky (2023): Atmospheric methane: Comparison between methane's record in 2006–2022 and during glacial terminations, Global Biogeochem. Cy., 37, e2023GB007875
  9. ↑ Tollefson, J. (2022): Csientists raise alarm over ‚dangerously fast‘ growth in atmospheric methane, Nature News
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  20. ↑ Saunois et al. 2025 geben Button-up- und Top-down-Werte getrennt an. In diesem Text wird der Einfachheit der Darstellung wegen ein Mittelwert benutzt.
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