"Wir wissen, dass der Ozean von Natur aus Methan an die Atmosphäre abgibt, aber wir wissen nicht unbedingt, wie viel." (Kredit: Josh Withers / Unsplash)

Neue Forschungen verwenden die Datenwissenschaft, um zu bestimmen, wie viel Methan jedes Jahr aus dem Ozean in die Atmosphäre gelangt.

Um die Auswirkungen menschlicher Emissionen vorhersagen zu können, benötigen die Forscher ein vollständiges Bild des Methankreislaufs der Atmosphäre. Sie müssen die Größe der Eingaben - sowohl der natürlichen als auch der menschlichen - sowie der Ausgaben kennen. Sie müssen auch wissen, wie lange Methan in der Atmosphäre vorhanden ist.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in Nature Communicationsfüllen eine langjährige Lücke in der Methankreislaufforschung und werden Klimaforschern helfen, das Ausmaß menschlicher Störungen besser einzuschätzen.

Alle drei Jahre rief eine internationale Gruppe von Klimaforschern die Global Carbon Projekt Aktualisiert das so genannte Methanbudget. Das Methanbudget spiegelt den aktuellen Stand des Verständnisses der Inputs und Outputs im globalen Methanzyklus wider. Sein letztes Update war in 2016.

„Das Methanbudget hilft uns beim Aufstellen menschliche Methanemissionen im Kontext und bietet eine Basis für die Beurteilung zukünftiger Veränderungen “, sagt Tom Weber, Assistenzprofessor für Geo- und Umweltwissenschaften an der Universität von Rochester. „In früheren Methanbudgets war der Ozean ein sehr ungewisser Begriff. Wir wissen, dass der Ozean von Natur aus Methan an die Atmosphäre abgibt, aber wir wissen nicht unbedingt, wie viel. “

Aufsummieren des Methanbudgets

Wenn im Methanbudget ein Begriff ungewiss ist, erhöht dies die Unsicherheit aller anderen Begriffe und schränkt die Fähigkeit der Forscher ein, vorherzusagen, wie sich das globale Methansystem ändern könnte. Aus diesem Grund ist es seit vielen Jahren ein wichtiges Ziel der Methankreislaufforschung, eine genauere Schätzung der Methanemissionen in den Ozeanen vorzunehmen.

Weber sagt jedoch: „Es ist nicht einfach.“ Da der Ozean so groß ist, wurden nur kleine Teile auf Methan untersucht, was bedeutet, dass Daten knapp sind.

Um diese Einschränkung zu überwinden, haben Weber und Nicola Wiseman, Doktorandin an der University of California in Irvine, alle verfügbaren Methandaten aus dem Ozean zusammengestellt und in maschinelle Lernmodelle eingespeist - Computeralgorithmen zur Mustererkennung. Diese Modelle waren in der Lage, systematische Muster in den Methandaten zu erkennen, sodass die Forscher vorhersagen konnten, wie hoch die Emissionen wahrscheinlich sind, selbst in Regionen, in denen keine direkten Beobachtungen gemacht wurden.

"Unser Ansatz hat es uns ermöglicht, die globale Ozeanemissionsrate viel genauer als je zuvor zu bestimmen", sagt Weber.

Die neueste Version des Methanbudgets wird im Laufe dieses Jahres veröffentlicht. Sie basiert auf den Ergebnissen von Webers Arbeit und bietet Forschern ein besseres Verständnis dafür, wie Methan im gesamten Erdsystem zykliert.

Flachwasser und Phytoplankton

Die Untersuchung trug nicht nur zu einem besseren Verständnis des globalen Methanbudgets bei, sondern lieferte auch zwei weitere interessante Ergebnisse:

Erstens tragen sehr flache Küstengewässer rund 50% zu den gesamten Methanemissionen des Ozeans bei, obwohl sie nur 5% der Meeresfläche ausmachen. Das liegt daran, dass Methan entlang der Kontinentalränder aus Erdgasspeichern austreten kann und kann biologisch hergestellt in anoxischen (sauerstoffarmen) Sedimenten am Meeresboden.

In tiefen Gewässern wird Methan auf seinem langen Weg vom Meeresboden zur Atmosphäre wahrscheinlich oxidiert. Aber in seichten Gewässern gibt es einen schnellen Weg in die Atmosphäre und Methan entweicht, bevor es oxidiert wird. Weber arbeitet mit John Kessler, Professor für Geo- und Umweltwissenschaften an der Universität von Rochester, zusammen, um die verbleibenden Unsicherheiten bei den Methanemissionen an der Küste durch Forschungsfahrten und die Weiterentwicklung von Modellen für maschinelles Lernen zu beseitigen.

Zweitens weist Methan ein räumliches Muster auf, das dem der Phytoplankton-Häufigkeit sehr ähnlich ist, was eine umstrittene neuere Hypothese stützt, dass Plankton Methan im Oberflächenozean erzeugt. Bisher glaubten Wissenschaftler, dass Methan nur unter den am Meeresboden herrschenden anoxischen Bedingungen produziert werden kann. "Allmählich häufen sich Beweise, um dieses Paradigma umzukehren, und unsere Arbeit fügt ein wichtiges Stück hinzu", sagt Weber.

Jede natürliche Methanquelle reagiert wahrscheinlich auch auf den Klimawandel, und es ist wichtig, dass die Forscher eine genaue Basislinie haben.

"Es gibt eine Reihe von Gründen zu der Annahme, dass der Ozean in Zukunft eine größere Methanquelle sein könnte, aber wenn wir nicht genau einschätzen, wie viel Methan derzeit emittiert, werden wir diese zukünftigen Veränderungen niemals identifizieren können." Weber sagt.

Wiseman ist ein ehemaliger Student an der Universität von Rochester. Sie und Weber arbeiteten mit Annette Kock am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Deutschland.

Quelle: Universität von Rochester

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