Frostmusterbedingte Seen sind ein wesentlicher Bestandteil der Polygonalen Tundren. Über ihre Bedeutung für die Methanemissionen dieser Gebiete ist bis heute nichts bekannt. Es gibt nur wenige Untersuchungen über ihre Funktion als natürliche Methanquellen. Genaue Angaben über ihre Verbreitung innerhalb der Polygonalen Tundren existieren nicht.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Evaluierung der Methanflüsse frostmusterbedingter Seen anhand einer Beispielregion der Polygonalen Tundra (Insel Samoylov) im Gebiet des nordsibirischen Lena-Deltas. Die Geländearbeiten wurden während der durch das AWI Potsdam organisierten Expedition „Lena-Delta – Neusibirische Inseln 2002“ vom 23. Juni bis zum 11. September 2002 durchgeführt.
Die zentrale Aufgabe der Arbeit war die kontinuierliche Messung der Methanemissionen frostmusterbedingter Seen der Insel Samoylov während der Vegetationsperiode des Jahres 2002 mittels eigens hierfür konstruierter Emissionsmesshauben sowie Analyseverfahren der Gaschromatographie. Untersucht wurde zum einen die pflanzenvermittelte Methanemission durch emerse Vegetation im Flachwasserbereich und zum anderen die Methandiffusion an der Grenze Wasser-Luft sowie die Freisetzung methanhaltiger Gasblasen im tieferen Freiwasserbereich. Für die Evaluierung essentieller biotischer bzw. abiotischer Steuergrößen gewässergebundener Methanemissionen wurden parallel diverse Standortfaktoren untersucht. Für die Untersuchung der räumlichen Verbreitung frostmusterbedingter Seen im Untersuchungsgebiet wurden hochauflösende Satellitendaten ausgewertet.
Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung zeigen, das Flachwasserbereiche mit emerser Vegetation die mit Abstand größten Methanemissionsleistungen innerhalb der frostmusterbedingten Seen aufweisen. An den drei Untersuchungstandorten lagen sie im Mittel bei 58,6 ±12,5 mg CH4 m-2 d-1 (n = 25; PS1), 41,7 ±13,6 mg CH4 m-2 d-1 (n = 25; PS2) bzw. 34,4 ±8,0 mg CH4 m-2 d-1 (n = 24; IS). Es konnte gezeigt werden, dass bis zu 98 % des hier emittierten Methans durch pflanzenvermittelten Methangastransport in die Atmosphäre freigesetzt werden. Eine Methanvermittlungsfunktion konnte für das Süßgras Arctophila fulva sowie für die Seggen Carex aquatilis und C. chordorrhiza nachgewiesen werden.
Im Bereich der Freiwasserflächen ohne emerse Vegetation sind die Methanemissionsleistungen meist deutlich geringer und erfolgen ausschließlich über Diffusionsprozesse an der Grenze Wasser-Luft sowie die Freisetzung methanhaltiger Gasblasen. Die Methanemissionen durch freigesetzte Gasblasen zeigen extreme Abweichungen zwischen den drei Standorten. An den Untersuchungsstandorten PS1 und IS lagen sie bei maximal 0,68 bzw. 0,14 mg CH4 m-2 d-1, während am Standort PS2 im Mittel 11,7 ±8,1 mg CH4 m-2 d-1 (n = 25) und maximal 30,24 mg CH4 m-2 d-1 erreicht wurden. Die V
Methanemissionen durch Diffusionsprozesse an der Grenze Wasser-Luft sind generell gering und zeigen keine deutlichen Unterschiede zwischen den drei Untersuchungsstandorten. Die Leistungen lagen im Mittel bei 1,9 ± 1,1 mg m-2 d-1 (n = 27; PS1), 3,0 ± 1,6 mg m-2 d-1 (n = 27; PS2) bzw. 2,2 ± 2,0 mg CH4 m-2 d-1 (n = 27). Es konnte gezeigt werden, dass die extremen Unterschiede bei der Freisetzung methanhaltiger Gasblasen erhebliche Auswirkungen auf die Gesamtemissionsleistung der Freiwasserfläche eines Sees haben. So emittierte die Freiwasserfläche des Sees PS2, aufgrund der hohen Methanemissionsleistung via Gasblasen, während des Untersuchungszeitraums von Mitte Juli bis Anfang September mit 700 mg CH4 m-2 etwa die 10fache Methangasmenge in die Atmosphäre als die Seen PS1 oder IS.
Durch die vorliegende Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Methanemissionen frostmusterbedingter Seen durch ein komplexes Wirkungsgefüge voneinander unabhängiger Größen gesteuert werden. Aus der Untersuchung diverser Standortfaktoren ergibt sich, dass neben den biotischen Faktoren Art und Zusammensetzung methangasvermittelnder Vegetation, die abiotischen Faktoren Temperatur und Luftdruck die wesentlichen Steuergrößen der Methanemissionen frostmusterbedingter Seen sind. Die Temperatur wirkt sich sowohl steuernd auf die Intensität der am Methanfluss beteiligten Stoffwechselprozesse als auch auf die Etablierung von Emissionsmechanismen aus. Änderungen des Drucks wirken sich direkt auf die Freisetzung von Gasblasen aus. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass eine luftdruckinduzierte Gasblasenfreisetzung als Folge eine Steigerung der diffusiven Methanemissionen bewirken kann.
Die auf Samoylov erfassten frostmusterbedingten Seen bedecken mit etwa 11,9 % nur einen relativ kleinen Teil des Inselbereichs mit Polygonaler Tundra. 98 % der erfassten frostmusterbedingten Seen besitzen eine Flächengröße von ≤ 1.000 m2 und bedecken zusammen etwa nur 6,55 % (≈ 117.000 m?) der Polygonalen Tundra Samoylovs. In Verbindung mit den - im Vergleich zu anderen Untersuchungsergebnissen gewässergebundener Methanemissionen der nördlichen Breiten - relativ geringen Emissionsleistungen leisten sie keinen übergeordnet großen Beitrag für die Methangesamtemissionen der Polygonalen Tundren.
Die vorliegende Untersuchung konnte klar zeigen, dass bezüglich der Evaluierung von Methanemissionen Polygonaler Tundren ein Differenzierung zwischen großen Thermokarstseen, welche in der vorliegenden Literatur als sehr starke Methanemittenten beschrieben wurden, und frostmusterbedingten Seen notwendig ist.
