Methanfressende Bakterien bremsen Emissionen aus kleinen Flüssen kaum

Neue Daten zeigen: Methan-oxidierende Bakterien tragen nur wenig dazu bei, die Emissionen aus kleinen Bächen zu dämpfen – obwohl gerade diese Gewässer den grössten Teil des Methans in die Atmosphäre abgeben.

In den kleinsten untersuchten Quellbächen in Afrika und Europa setzten die Mikroben weniger als fünf Prozent des gelösten Methans um, das an ihnen vorbeiströmte.

Insgesamt entweichen aus Flüssen und Bächen pro Jahr rund 28 Millionen Tonnen Methan – ein erheblicher Anteil am globalen Budget des zweitstärksten Treibhausgases.

Ausgerechnet der biologische „Filter“, der diese Menge theoretisch reduzieren könnte, arbeitet am intensivsten dort, wo am wenigsten Methan entweicht: in breiten Flussläufen.

Methan über zwei Kontinente hinweg verfolgen

Für die Auswertung sammelte das Team 262 Messwerte aus Flüssen, deren Einzugsgebiete von etwa 9,1 km² Waldlandschaft bis zu 3,6 Millionen km² reichten – so gross ist das Gebiet, das den Unterlauf des Kongo speist.

Die beprobten Standorte umfassten Ackerland, gemässigten Wald, Savanne, Regenwald und saisonal überfluteten Wald.

Ein grosser Teil der Geländearbeit wurde in Belgien und in Zentralafrika von Dr. Alberto Borges durchgeführt, einem Ozeanografen an der Universität Lüttich.

Dr. Borges misst seit zwei Jahrzehnten Treibhausgase in Binnengewässern.

Die Arbeit methanfressender Bakterien

Um die mikrobielle Aktivität zu bestimmen, füllten die Forschenden Flusswasser in Glasflaschen ab und setzten Methan zu, das mit einer schweren Kohlenstoff-Variante markiert war.

Anschliessend lagerten sie die Flaschen drei Tage lang im Dunkeln – bei der Temperatur des jeweiligen Flusses.

Der Anteil der Markierung, der später als gelöstes Kohlendioxid nachweisbar war, musste zuvor eine Bakterienzelle durchlaufen haben.

Die dabei aktiven Methanotrophen kommen in Böden und Gewässern häufig vor und nutzen Methan als einzige Nahrungsquelle.

Eine weltweite Erhebung aus dem Jahr 2023 hatte Flüsse als bedeutende Methanquelle etabliert. Wie viel davon Bakterien tatsächlich abfangen, war über diese Spannweite an Flussgrössen bislang jedoch nicht gemessen worden.

Wo der Filter versagt

In der Hydrologie werden Gewässer nach Grösse geordnet: Stufe eins steht für die kleinsten Quellrinnsale, Stufe neun für einen Strom wie den Kongo. Genau diese Sortierung lieferte das deutlichste Muster im gesamten Datensatz.

In afrikanischen Flüssen machte die Oxidation in den drei kleinsten Stufen im Median nur etwa 1 bis 2 Prozent des Methanverlusts aus.

Ab Stufe sieben stieg der Wert auf ungefähr 76 Prozent; in den grössten Gerinnen lag er bei über 80 Prozent. Die Differenz ist enorm.

Europäische Flüsse zeigten dasselbe Grundmuster, allerdings auf deutlich niedrigerem Niveau. In den ersten vier Stufen blieb der Abbau bei oder unter fünf Prozent und erreichte in mittelgrossen Flüssen nur etwa ein Viertel.

Über alle Messorte hinweg entfielen in Afrika 37 Prozent des Methans im Gewässer auf Oxidation, in Europa 9 Prozent.

Quellbäche dominieren die Methanemissionen aus Flussnetzen: Sie führen die höchsten Konzentrationen, sie durchmischen die Oberfläche besonders stark, und ihre Anzahl übertrifft grosse Flüsse bei weitem.

Bis zu dieser Studie hatte niemand gezeigt, dass die mikrobielle Entfernung ausgerechnet dort am schwächsten ist, wo die Emissionen am grössten sind.

Überflutete Wälder versorgen die Mikroben

Eine Flussgruppe wich vom allgemeinen Bild ab. Gewässer, die aus der Cuvette Centrale entwässern – dem riesigen überfluteten Wald im Zentrum des Kongobeckens – oxidierten Methan wesentlich schneller, als es ihre Grössenklasse erwarten liess.

Diese Region umfasst etwa 1,76 Millionen km²; rund 362.600 km² davon stehen unter Wasser.

Selbst die kleinsten Bäche dort bauten im Mittel etwa 18 Prozent ihres gelösten Methans ab – mehr als 20-mal so viel wie andere afrikanische Quellbäche.

Borges und sein Team führen den Unterschied auf das zurück, was das Hochwasser mitbringt.

Waldboden, der monatelang überstaut ist, produziert Methan und begünstigt zugleich dichte Populationen jener Bakterien, die Methan verbrauchen. Offenbar gelangt mit dem Abfluss beides gleichzeitig in den Fluss.

Frühere Arbeiten im Kongonetz hatten die ungewöhnliche Flusschemie der Region bereits mit dieser Feuchtgebietsanbindung erklärt.

Die neuen Ergebnisse übertragen diese Verbindung nun auf die Mikroben: Sie scheinen gewissermassen als „Passagiere“ vom Waldboden ins Wasser zu kommen.

Europas abgekoppelte Flüsse

Flüsse in Belgien und Frankreich zeigten das Gegenstück: Ihre Oxidationsraten lagen bei ungefähr der Hälfte vergleichbarer afrikanischer Gewässer, und sie blieben niedrig, selbst wenn das Einzugsgebiet flussabwärts breiter wurde.

Wahrscheinlich halten zwei Einflüsse die Werte unten. Zum einen dominiert in weiten Teilen Acker- und Weideland, wo Methanotrophen im Boden weniger zahlreich sind als unter Wald.

Zum anderen haben Jahrhunderte von Uferverbauungen die physische Verbindung zwischen Boden und Flusslauf vermutlich geschwächt – sodass weniger Bakterien überhaupt eingespült werden.

Bei der Maas kommt ein dritter Punkt hinzu. Dieser Fluss ist für ein Tieflandgewässer ungewöhnlich klar; die Forschenden erklären das mit der Asiatischen Körbchenmuschel, einer invasiven Muschelart, die inzwischen in europäischen Flüssen massenhaft vorkommt.

Eine Analyse schätzte, dass die Muscheln in den am stärksten betroffenen Abschnitten etwa 70 Prozent der Algen entfernen.

Klares Wasser bremst den Methanabbau, weil ein Grossteil der Oxidation in diesen Flüssen nicht im freien Wasser, sondern an schwebenden Partikeln stattfindet.

In Maas und Schelde entfiel die Aktivität von Bakterien, die an aufgewirbelten Körnchen und Schwebstoffen hafteten, auf zwischen ungefähr der Hälfte und nahezu der gesamten gemessenen Umsetzung.

Ausblick für Methanemissionen aus Flüssen

Steigende Temperaturen werden die Methanproduktion in Flusssedimenten beschleunigen; Stickstoffeinträge wirken in die gleiche Richtung. In den Daten nahm die Oxidation tatsächlich mit der Wassertemperatur zu.

Nachdem die Forschenden diesen Temperatureffekt herausgerechnet hatten, blieben die geografischen Unterschiede zwischen den Flusssystemen jedoch exakt bestehen. Stickstoff machte das Bild eher komplexer, statt es zu klären.

So oxidierten ausgerechnet europäische Bäche mit den höchsten Stickstofffrachten Methan am schnellsten – im Widerspruch zu Laborarbeiten, nach denen solche Belastungen diese Bakterien normalerweise ausbremsen.

Eine mögliche Erklärung: Nährstoffreiches Wasser fördert Algenwachstum, und mehr Algen bedeuten vermutlich mehr Partikel, an denen Mikroben anhaften können.

Die Studie macht deutlich, dass die Methanoxidation mit Flussgrösse und Feuchtgebietsanbindung zunimmt, in den kleinen Bächen mit den höchsten Emissionen jedoch nahezu fehlt.

Die Ergebnisse verändern auch, wie Methan aus Flüssen bilanziert werden sollte. Globale Klimabudgets, die davon ausgehen, dass Flüsse einen konstanten Anteil Methan entfernen, überschätzen wahrscheinlich die Stärke dieses natürlichen Filters.

Ihn zu stärken, dürfte weniger von Klimapolitik abhängen als von der Wiederherstellung von Auen und der Begrenzung invasiver Filtrierer, die Flussökosysteme aus dem Gleichgewicht bringen.

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