Lakes in the northernmost latitudes are widely considered to be a significant source of the greenhouse gas methane. In order to improve currently available climate-change projection models, it’s essential to have some idea of how much methane will be released by the millions of northern lakes. A German-American research team led by the University of Alaska Fairbanks (UAF), which also included members from the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI), has now developed a method for determining the amount of methane released, drawing on satellite images to do so.
Methan wirkt über einen Zeithorizont von 100 Jahren als Treibhausgas etwa 34 Mal stärker und über den Zeitraum von 20 Jahren sogar 86 Mal stärker als Kohlendioxid, so dass genaue Kalkulationen seiner Quellen in wissenschaftlichen Klimamodellen besonders wichtig sind.
Frühere Forschungen haben bestätigt, dass riesige Mengen von Methan aus Thermokarstseen freigesetzt werden, wenn der Permafrost unter ihnen auftaut. Das Sammeln von Vor-Ort-Daten aus diesen Seen ist allerdings oft logistisch anspruchsvoll und teuer und kann auch nur an wenigen Seen erfolgen. Aus diesem Grund sind Informationen über die Methanproduktion nur für einen sehr geringen Prozentsatz der arktischen Seen verfügbar.
Zwischen diesen von einer kleinen Anzahl einzelner Seen hochgerechneten Daten und den Schätzungen der arktischen Methanemissionen aus atmosphärischen Messungen bestand bisher eine Diskrepanz. Diese Diskrepanz lässt sich mit der von den Forschenden entwickelten neuen Methode auflösen.
Das Forscherteam nutzte Radar-Satellitendaten, welche durch aktives Abtasten der Erdoberfläche mit elektromagnetischen Wellen auch detaillierte physikalische Informationen über den Zustand und die Eigenschaften von Wintereis auf den nördlichen Seen preisgeben. Der besondere Vorteil der Radarsatelliten ist, dass sie aufgrund der aktiven Sensoren unabhängig von Witterung und Tageslicht Daten sammeln können und damit sogar Wolken und trockenen Schnee durchdringen. Das Radarsignal wird dabei von den Eigenschaften des Eises, wie der Dicke und der Menge an Gasbläschen im Eis der Seen beeinflusst.
Mithilfe der Radardaten konnten die Forschenden eine Verbindung zwischen Satellitensignal und den Feldmessungen von Methanblasen, die sich im Eis gefangen hatten, herstellen. Der Vergleich von verschiedenen Bereichen der zugefrorenen Seen in den Satellitenbildern mit bodennahen Methanmessungen bestätigte, dass die Satellitenmessungen mit den Daten vor Ort sehr gut übereinstimmten.
"Wir haben festgestellt, dass die Rückstreuung des Radarsignals heller ist, wenn mehr Blasen im Eis des Sees eingeschlossen sind", sagte Melanie Engram, Forscherin am Environmental Research Center der UAF und die Hauptautorin der Studie. "Die Blasen bilden eine isolierte Decke, so dass das Eis unter ihnen langsamer wächst, was zu einer verzerrten Oberfläche führt, die das Radarsignal verstärkt zurück zum Satelliten reflektiert.“
Um die Radardaten zu überprüfen, verglichen die Forscher Satellitenbilder mit Methanmessungen vor Ort an 48 Seen in fünf verschiedenen Regionen in Alaska. Durch Hochrechnung dieser Ergebnisse konnten die Forscher nun erstmals die Methanproduktion von mehr als 5.000 Seen in Alaska schätzen.
"Es ist wichtig zu wissen, wie viel Methan aus diesen Seen austritt und ob das Niveau mit der Zeit ansteigt", sagte Engram. "Wir können nicht zu jedem einzelnen See hinausgehen und Feldarbeiten durchführen, aber wir können Feldmessungen mit Hilfe der Radar-Fernerkundung extrapolieren, um diese regionalen Schätzungen zu erhalten".
„Das neue Verfahren, angewandt auf die riesigen nördlichen Permafrostregionen mit ihren Millionen von Seen, kann dazu beitragen, die Veränderungen von Methanemissonen in den Seen genau zu beobachten, aber auch die Auswirkungen der Methanemissionen in den Klimamodellen besser zu berücksichtigen“, bewertet Guido Grosse, Ko-Autor der Studie und Permafrostforscher am AWI, das neue Verfahren.
Originalpublikation
Engram, M., K. M. Walter Anthony, T. Sachs, K. Kohnert, A. Serafimovich, G. Grosse, F. J. Meyer, Remote sensing northern lake methane ebullition, Nature Climate Change, 11. Mai 2020, DOI: 10.1038/s41558-020-0762-8
Original publication
Engram, M., K. M. Walter Anthony, T. Sachs, K. Kohnert, A. Serafimovich, G. Grosse, F. J. Meyer, Remote sensing northern lake methane ebullition, Nature Climate Change