Das Ozean-Methan-Paradoxon: Was ist das – und warum ist es wichtig?

Ein Treibhausgas, wo es nicht sein sollte

Methan ist eines der stärksten Treibhausgase der Erde und speichert über einen Zeitraum von 20 Jahren etwa 80-mal mehr Wärme als Kohlendioxid. Wissenschaftler wissen seit langem, dass methanproduzierende Mikroorganismen, sogenannte Methanogene, nur in sauerstofffreien Umgebungen gedeihen – Sümpfen, Reisfeldern, den Mägen von Wiederkäuern und tiefen Meeresablagerungen.

Doch seit Jahrzehnten messen Ozeanographen etwas, das dieser Regel widerspricht: Die sonnenbeschienene, sauerstoffreiche Oberfläche des offenen Ozeans setzt kontinuierlich Methan in die Atmosphäre frei. Dieses Phänomen macht schätzungsweise 4 Prozent der globalen Methanproduktion aus – ein kleiner, aber bedeutsamer Anteil am Treibhausgasbudget des Planeten. Wie kann sauerstoffreiches Wasser ein Gas erzeugen, dessen Produzenten in Sauerstoff nicht überleben können?

Dieser Widerspruch wurde als Ozean-Methan-Paradoxon bekannt und stellte Forscher über 40 Jahre lang vor ein Rätsel.

Wie Mikroben in sauerstoffhaltigem Wasser Methan produzieren

Die Antwort liegt nicht bei traditionellen Methanogenen, sondern bei gewöhnlichen Meeresbakterien, die etwas Unerwartetes tun. Forschungen unter der Leitung des Geochemikers Dan Repeta von der Woods Hole Oceanographic Institution, die in Nature Geoscience veröffentlicht wurden, zeigten, dass die gelöste organische Substanz des Ozeans neuartige Polysaccharide enthält – lange Ketten von Zuckermolekülen, die von photosynthetischen Bakterien im oberen Ozean produziert werden.

Diese Polysaccharide enthalten Kohlenstoff-Phosphor-Bindungen (C-P), die mit denen in einer Verbindung namens Methylphosphonat (MPn) identisch sind. Wenn gewöhnliche aerobe Bakterien diese Moleküle abbauen, um Phosphor zu gewinnen, spalten sie diese C-P-Bindungen und setzen Methan, Ethylen und Propylen als chemische Nebenprodukte frei. In Laborexperimenten, bei denen gereinigte Polysaccharide zu Meerwasserbakterienproben hinzugefügt wurden, stieg die Aktivität der Mikroben sprunghaft an und die Fläschchen begannen, große Mengen an Methan zu produzieren.

Entscheidend ist, dass ein marines Archaebakterium namens Nitrosopumilus maritimus – einer der häufigsten Organismen im Oberflächenwasser der Ozeane – die genetische Maschinerie besitzt, um Methylphosphonat überhaupt erst zu produzieren. Ähnliche Gene tauchen in vielen marinen Mikroben auf, was darauf hindeutet, dass die MPn-Produktion in den Weltmeeren weit verbreitet ist.

Phosphatknappheit: Der Hauptschalter

Ein wichtiger Durchbruch gelang einem Team der University of Rochester unter der Leitung von Thomas Weber, dessen Studie aus dem Jahr 2026 in den Proceedings of the National Academy of Sciences darlegte, wie dieser Prozess auf globaler Ebene abläuft. Die Forscher fanden heraus, dass Bakterien nur dann auf das Aufbrechen von C-P-Bindungen zurückgreifen, wenn ihr bevorzugter Nährstoff – gelöstes Phosphat – knapp ist.

"Phosphatknappheit ist der primäre Kontrollknopf für die Methanproduktion und -emissionen im offenen Ozean", erklärte Weber. In nährstoffreichen Küstenauftriebszonen haben Bakterien reichlich Phosphat und ignorieren die C-P-Bindungen in gelöster organischer Substanz. Aber über weite Teile des offenen Ozeans – insbesondere die subtropischen Wirbel – sinken die Phosphatkonzentrationen so weit, dass Mikroben Methylphosphonat als alternative Phosphorquelle nutzen und dabei Methan erzeugen.

Eine Klimarückkopplungsschleife, die in Modellen fehlt

Dieser Mechanismus hat alarmierende Auswirkungen auf den Klimawandel. Wenn sich der Ozean von der Oberfläche nach unten erwärmt, erhöht sich der Dichteunterschied zwischen warmem Oberflächenwasser und kaltem Tiefenwasser, wodurch sich die vertikale Durchmischung verlangsamt. Eine verringerte Durchmischung bedeutet, dass weniger Nährstoffe – einschließlich Phosphat – aus der Tiefe an die Oberfläche gelangen.

Das Ergebnis ist eine potenzielle positive Rückkopplungsschleife: Sich erwärmende Ozeane werden nährstoffärmer, was die mikrobielle Methanproduktion ankurbelt, was die Erwärmung weiter verstärkt. Webers Team modellierte dieses Szenario und prognostizierte, dass sich die Methanproduktion der Ozeane in den kommenden Jahrhunderten mit zunehmender Schichtung bis zu verdoppeln könnte.

Am besorgniserregendsten ist vielleicht, dass dieser Rückkopplungsmechanismus derzeit nicht in den wichtigsten Klimaprojektionsmodellen enthalten ist. Das bedeutet, dass bestehende Prognosen der zukünftigen Erwärmung den Beitrag des Ozeans zum atmosphärischen Methan unterschätzen könnten – ein blinder Fleck, den die Klimamodellierungsgemeinschaft nun dringend angehen sollte.

Warum es über das Klima hinaus wichtig ist

Das Verständnis des Ozean-Methan-Paradoxons verändert auch die Art und Weise, wie Wissenschaftler über die marine Biogeochemie denken. Die Entdeckung, dass gewöhnliche aerobe Bakterien – und nicht exotische Methanogene – die Methanproduktion im Ozean antreiben, enthüllt einen verborgenen Stoffwechselweg, der im größten Ökosystem des Planeten abläuft. Er verbindet Nährstoffkreisläufe, mikrobielle Ökologie und Atmosphärenchemie auf eine Weise, die noch vor wenigen Jahren unsichtbar war.

Da sich die Ozeane weiter erwärmen und schichten, könnte das Paradoxon, das Wissenschaftler jahrzehntelang vor ein Rätsel stellte, zu einer der folgenschwersten Rückkopplungsschleifen im Klimasystem werden – eine, die die Menschheit erst jetzt zu messen und zu modellieren beginnt.