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In den entlegenen Gebieten der Jamal- und Gydan-Halbinseln im westlichen Sibirien stellen riesige Krater die Landschaft dar, die wirken, als hätte die Erde sich selbst Löcher zugefügt. Diese Gas-Emissions-Krater (GECs) haben Wissenschaftler seit ihrer ersten Entdeckung im Jahr 2014 vor Rätsel gestellt. Nun glauben Forscher, die Ursache dieser geologischen Phänomene gefunden zu haben. Die Entstehung dieser Krater, die sich bis zu 164 Meter in die Tiefe erstrecken, war lange unklar. Eine neue Studie legt nahe, dass nicht nur schmelzender Permafrost an der Oberfläche, sondern auch Methan und Hitze aus der Tiefe dafür verantwortlich sind.

Die geologische Beschaffenheit der Krater

Die bisher entdeckten acht Krater in Sibirien beeindrucken durch ihre Größe und die dramatische Geologie. Die steilen Wände dieser Krater sind von Permafrostschichten gesäumt. Frühere Hypothesen deuteten darauf hin, dass das Auftauen von Permafrost und das Wachstum von salzhaltigen Wasserlachen, sogenannte Kryopegs, zur Bildung dieser Krater beitragen könnten. Diese könnten sich ausdehnen und Hohlräume oder gasgefüllte Kammern bilden. Eine andere Theorie vermutete, dass die Zersetzung von Methanhydraten im gefrorenen Boden eine Rolle spielen könnte.

Doch die Tatsache, dass diese Krater nur in Westsibirien vorkommen, wirft Fragen auf. Wenn oberflächennahe Prozesse die Ursache wären, müssten solche Krater auch an anderen Stellen in der Arktis auftreten. Diese Beobachtung lenkte die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler auf die physikalischen Prozesse im Untergrund.

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Die physikalischen Untersuchungen

Das Forscherteam der Universität Oslo untersuchte die physikalischen Bedingungen, die zur Bildung der GECs führen könnten. Sie entwickelten ein Modell, bei dem die obersten Permafrostschichten wie ein schwerer Korken in einer unter Druck stehenden Flasche wirken. Die Forscher variierten die Dicke dieser gefrorenen „Korken“ und die Größe der darunter liegenden gasgefüllten Kammern, um zu berechnen, wie viel Druck nötig wäre, um Trümmer über die Entfernungen zu schleudern, wie sie um die Krater herum zu beobachten sind.

Die Ergebnisse zeigten, dass kleine, oberflächennahe Hohlräume nicht genug Kraft aufbringen können, um das beobachtete Ausmaß der Explosionen zu erklären. Vielmehr scheinen größere unterirdische Hohlräume oder tiefere Methanansammlungen der treibende Faktor zu sein. Diese Erkenntnisse verweisen auf tieferliegende Methanquellen als Ursache der Explosionen.

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Klimawandel und geologische Verschiebungen

Die Jamal- und Gydan-Halbinseln liegen auf riesigen Gasreserven mit unterirdischen Verwerfungen. Diese Verwerfungen ermöglichen es Gas und Wärme, von unterhalb des Permafrosts aufzusteigen. Wo sich diese Verwerfungen mit Seen und Flüssen kreuzen, wird der dicke gefrorene Boden durch Taliks – Bereiche mit ganzjährig ungefrorenem Boden – geschwächt. Diese Stellen fungieren als Schwachpunkte. Sobald der Gasdruck von unten ausreichend steigt, gibt die gefrorene „Kappe“ plötzlich nach, und es bildet sich ein fast senkrechter Schacht, der sich bald mit Wasser und Eis füllt.

Diese Prozesse verdeutlichen, dass der Klimawandel eine indirekte Rolle bei der Entstehung der Krater spielt. Während die Erwärmung zur Bildung von Seen und aufgetauten Zonen beiträgt, kommt die eigentliche Energieexplosion von tieferem Methan und Hitze. Da Methan ein Treibhausgas ist, tragen die Krater zur globalen Erwärmung bei, was wiederum die Ausbreitung aufgetauter Zonen und das Schmelzen des Permafrosts beschleunigt.

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Weiterführende Erkenntnisse und Ausblick

Die jüngsten Forschungsergebnisse bieten eine neue Perspektive auf die 2024 veröffentlichten Modelle, die das Auftauen von Permafrost, salzige Kryopeg-Schichten und Methanhydrate als mögliche Auslöser betrachteten. Während diese oberflächennahen Prozesse einen gewissen Druck erzeugen können, sind sie nicht ausreichend, um die Tiefe der Krater und die verstreuten Trümmer zu erklären. Die neue Arbeit unterstreicht die Rolle von tiefer liegendem Gas, das entlang von Verwerfungen aufsteigt, wobei der Klimawandel eher als indirekter Einfluss fungiert.

Die Forscher heben hervor, dass die Modelle, bei denen die Gasbildung und -ansammlung unterhalb des Permafrosts stattfinden, in Verbindung mit einer durch den Klimawandel verursachten Schwächung des Bodens, am wahrscheinlichsten sind. Diese Ergebnisse stimmen mit den geophysikalischen Untersuchungen der Region überein und deuten darauf hin, dass GECs potenziell auch anderswo entstehen können, jedoch eine Verbindung zu unterirdischen Gasansammlungen erfordern.

Die Entdeckung dieser komplexen Zusammenhänge zwischen geologischen Prozessen und Klimawandel eröffnet neue Fragen. Wie wird sich der fortschreitende Klimawandel auf die Stabilität des Permafrosts und die Häufigkeit solcher Krater in Zukunft auswirken?