Ferskvandssøer og vådområder er de største bidragydere til drivhusgassen methan i atmosfæren, men det er endnu uklart, hvad der egentlig styrer, hvor meget methan der sendes fra søbunden mod himlen. Det skal danske forskere nu finde ud af, og forskningen kan få betydning for de modeller, der skal forudsige fremtidens klima.

Af Kristian Sjøgren, videnskabsjournalist. ksjoegren@gmail.com

Alle, der har dristet sig til at gå på bare fødder ud i en dansk sø, ved, at det bobler op fra søbunden med noget, der ligner luftbobler. Disse bobler består dog ikke af ilt, men af blandt andet drivhusgassen methan (CH₄), som bliver dannet i søbunden, bobler op mellem tæerne på den, der vover sig ud i søen, inden de rammer vandoverfladen og stiger mod himlen. I atmosfæren bidrager methan til global opvarmning, hvor methan er 25 gange mere potent som drivhusgas sammenlignet med CO₂.

Nuvel, at en dansker træder et par skridt ud i Arresø kommer ikke til at vælte den globale klimabalance, men Arresø er heller ikke den eneste ferskvandssø, hvorfra der bobler methan op. Det gælder alle verdens 117 millioner ferskvandssøer, og det gør dem og andre ferskvandssystemer til den samlet set største bidragyder af methan til atmosfæren. Når køer tygger drøv og bøvser methan, eller når der bliver trukket naturgas op fra undergrunden, kommer det ikke i nærheden af at skabe lige så stor en klimaeffekt.

Atmosfærens indhold af methan er tredoblet siden industrialiseringen, og det har resulteret i et ikke ubetydeligt bidrag til de klimaforandringer, som vi fornemmer i dag, og som vi kommer til at mærke den fulde effekt af i de kommende år. I modsætning til CO₂, som vi efterhånden har ret godt styr på, er verdens klimaforskere dog stadig i tvivl om, hvad der har drevet stigningen i koncentrationen af methan i atmosfæren, og om det kommer til at stige yderligere i fremtiden, samt hvad det vil betyde for klima, biologi og mennesker. Dette hul i forskningsverdenens kollektive viden har danske forskere nu tænkt sig af fylde ud.

»Når nu ferskvandssystemer er den største bidragyder til methan i atmosfæren, og vi kan se, at koncentrationen af methan ændrer sig, gør det os interesseret i at finde ud af, hvad der sker på det mekanistiske niveau i søerne, når de frigiver methan. Det vil fortælle os noget om, hvad vi kan forvente i fremtiden, og om vi kan gøre noget ved det,« fortæller professor Bo Thamdrup fra Biologisk Institut ved Syddansk Universitet.

Bo Thamdrup har modtaget en millionbevilling fra Det Frie Forskningsråd til at blotlægge ferskvandssystemernes methan-hemmelighed.

Ferskvandssøer vælter methan ud i atmosfæren

Der kan være mange forklaringer på, at verdens ferskvandssystemer muligvis har afgivet mere methan til atmosfæren de seneste 150 år end de foregående 10.000. Mange af disse forklaringer kan skyldes menneskers aktiviteter, når vi for eksempel gøder vores marker, og det leder til større kvælstofbelastning i søerne, eller når vi i forbindelse med dæmninger laver store kunstige søer. Rismarker er også ferskvandssystemer, som formentlig bidrager en hel del til udledning af methan. I alt står ferskvandssystemer for godt halvdelen af verdens methanudledning.

Forskere har rent faktisk godt styr på, hvordan methan bliver dannet i søerne. Det sker, når nogle mikroorganismer kaldet methanogener omsætter organisk stof i sedimenterne. I processen med at lave flere mikroorganismer ud af organisk materiale i sedimenterne bliver der som biprodukt dannet methan, der starter med at ligge som lommer af sumpgas i sedimentet, indtil en fod, en klov eller en pote slipper det fri.

At der bliver dannet methan i ferskvand og ikke saltvand skyldes meget simpelt, at der faktisk ikke er så mange andre muligheder for organisk materiale i søer at blive nedbrudt på. I saltvand findes der meget sulfat, og her står sulfatbakterier for at nedbryde organisk stof. Sulfatbakterier producerer ikke methan. Det gør til gengæld methanogenerne, som i deres livscyklus nedbryder organisk materiale og undervejs danner gasserne methan og CO₂. Gasserne bliver frigivet til atmosfæren.

»Denne proces, hvor organisk materiale bliver omdannet til methan og CO₂, foregår overalt, hvor forholdene er til det. Selve processen foregår også i biogasanlæg, så den er rimelig velundersøgt, og det samme er arkæernes (bakteriernes) aktiviteter. Derfor ved vi også, at jo varmere det bliver, des mere aktive bliver disse mikroorganismer, og jo mere methan vil de producere. Det er en ond cirkel, som vi ikke rigtig kan gøre noget ved, og det bliver kun værre, i takt med at temperaturerne på kloden stiger,« forklarer Bo Thamdrup.

Mikroorganismer æder 90 % af det producerede methan

Methanogenerne er kun en del af den ligning, som er afgørende for den samlede udledning af methan fra ferskvandssystemer. En anden del af ligningen er en type af bakterier, som rent faktisk lever af methan og er i stand til at trække energi ud af gasarten, ligesom man kan trække energi ud af biogas. Man har kendt til disse bakterier i 100 år og studeret dem intenst.

Denne forskning viser blandt andet, at bakterierne skal bruge ilt for at omdanne methan til noget andet, og her opstår problemet. Der findes nemlig ikke ilt i søbunden, hvor metanogenerne lever, og hvor methanen bliver produceret. Derfor spiller de bakterier, som lever af methan, nok ikke den store rolle i det samlede methanregnskab. Her kommer der dog et “men”…

»Vi har fundet ud af, at der dybere i sedimentet også findes andre mikroorganismer, som kan omsætte methan uden brug af ilt. Det er disse mikroorganismer, som er fokus i vores projekt, fordi de rent faktisk kan have betydning for, hvor meget methan der bliver frigivet fra søbunden,« siger Bo Thamdrup.

Forskernes indledende undersøgelser i Ørnsø ved Silkeborg viser, at disse mikroorganismer er i stand til at fjerne op imod 90 procent af den methan, som methanogenerne producerer. De kan med andre ord være essentielle for, at verden ikke bliver gasset til af methan med den dertilhørende uoverskuelige påvirkning af atmosfæren, klimaet og livet på Jorden.

»Disse indledende undersøgelser rejser en masse spørgsmål, som vi er nødt til at få besvaret, hvilket er sigtet med dette forskningsarbejde. Er det normalt, at disse mikroorganismer fjerner så meget methan fra sedimentet, og foregår det også på samme måde i andre søer og i andre lande? Vi er også nødt til at vide, hvilke betingelser der understøtter fjernelsen af methan fra søbunden, og om disse betingelser ser ud til at ændre sig i fremtiden,« forklarer Bo Thamdrup.

Måske skal unikke forhold være til stede for at fjerne methan

I forskningsarbejdet skal Bo Thamdrup med sine kollegaer angribe problemstillingen fra alle tænkelige vinkler. Første mål er naturligvis at undersøge, om de methanspisende mikroorganismer også fjerner op imod 90 procent af methanen i andre danske søer. Forskellige søer har forskellige kemiske og fysiske forhold, som muligvis kan påvirke vilkårene for de mikroorganismer, som lever i søbunden.

For eksempel kan vandets surhedsgrad være anderledes, der kan være forskel på tilførslen af næringsstoffer som nitrogen og fosfor og deraf følgende algevækst (eutrofiering), søens dybde, mængden af organisk materiale, og så kan indholdet af jernforbindelser eller sulfat være forskelligt med betydning for de mikrobiologiske processer i søbunden.

For eksempel er Ørnsø kendetegnet ved et højt indhold af jern, idet Funder Å, der løber ud i Ørnsø, leder en masse okker ud i søen, og når det bundfælder sig, bliver sedimentet fyldt med jernforbindelser.

»Vi har en idé om, at det kan spille ind i mikroorganismernes liv, men det skal vi undersøge i både søerne og i laboratoriet,« fortæller Bo Thamdrup.

Forskerne vil blandt andet indsamle prøver fra søerne for både at undersøge det mikrobielle samfund i søbunden og dets kapacitet for at danne methan og omdanne det til biomasse og CO₂, hvilket sammenlignet med methan er en svagere drivhusgas. Det gør forskerne i laboratoriet ved at tilføre isotopmærket methan til sedimentprøverne og følge, hvad der bliver af methanen, og hvordan det bliver omsat. Bliver det i store mængder indarbejdet i det mikrobielle miljø, er det et tegn på, at der er godt gang i de methanelskende mikroorganismer, men hvis det derimod bare stiger til vejrs, er aktiviteten af de methanspisende bakterier ikke så høj.

Forskerne undersøger også, hvilken dybde processerne foregår i. Det gør de ved at undersøge methan­omsætningen i forskellige lag af deres sedimentprøver.

En del af forskningsarbejdet går også ud på at karakterisere de mikro­organismer, som står for methan­balancen. Til det formål benytter forskerne genetiske sekventeringsmetoder, hvormed de kan karakterisere alle relevante mikroorganismer. Disse sekventeringsundersøgelser giver også forskerne et indblik i de gener, som er ansvarlige for omdannelsen af methan til noget andet.

»Når vi har fået kortlagt alt det, skal vi også undersøge, hvad der sker, når vi ændrer på de kemiske og fysiske forhold i prøverne. Hvad sker der, når vi ændrer ved surhedsgraden eller mængden af jern i vandet? Hvad har det af betydning for omsætningen af methan? Det vil også her være interessant at se, hvad vi kan gøre for at stimulere processen yderligere. Her kan vi få indsigt i, hvad vi muligvis kan gøre i søer for at øge omsætningen af methan og dermed mindske frigivelsen af drivhusgassen til atmosfæren,« siger Bo Thamdrup.

Muligt samarbejde mellem mikroorganismer

Endelig er det sigtet med forskningsarbejdet, at forskerne skal kortlægge den enzymatiske processer, som mikroorganismerne benytter sig af, når de skal omdanne methan. Bo Thamdrup fortæller, at methan helt generelt er et svært molekyle at splitte ad, men at der er energi i det for de mikroorganismer, som kan finde ud af det. Det kræver dog, at der først tilføres energi for at sætte gang i processen.

Fra bakterier i havbunden ved forskere, hvordan det er muligt for mikro­organismer at udnytte energien i methan, men det kan ikke nødvendigvis overføres til ferskvandsmiljøet. Faktisk er det muligt, at processen ikke kan udføres af én art alene, men at den kun kan udføres af typer mikroorganismer i fællesskab.

Kortlægningen af de enzymatiske processer i omdannelsen af methan kan give forskerne en fornemmelse af, om nogle miljøændringer i fremtiden kan bremse processen og dermed lede til større udledning af methan fra søer, eller om miljøændringer måske i stedet kan fremme processen. Det kan dreje sig om højere temperaturer eller større udledning af forskellige stoffer til søer som følge af øget nedbør.

»Vi vil med dette projekt skabe indsigt i, hvordan dette filter for methanudslip responderer på for eksempel klimaforandringer. Noget kan påvirke filteret negativt, mens andet kan være positivt. Man kunne forestille sig, at øget nitratudledning fra landbrug kan være med til at holde methanudledningen i skak, da nogle af disse organismer i søbunden bruger nitrat som elektronreceptor, men vores foreløbige resultater tyder dog på, at det ikke er tilfældet,« forklarer Bo Thamdrup.

Skal med i avancerede klimamodeller

Bo Thamdrup mener, at de opdagelser, som bliver gjort i forskningsarbejdet, kan komme til at påvirke den måde, som vi forvalter ferskvandsområder på. Opdager forskerne, at forvaltningspraksis ændrer på nogle af de processer, som viser sig at være vigtige for methanudledningen, kan det give anledning til at se på, om praksis skal justeres for ikke at lede til øget methanudledning. Det omvendte kan også være tilfældet.

Efter forskerne har fået kortlagt de danske søer og omdannelsen af methan i dem, er det også målet at bekræfte fundene i søer rundt om i verden, hvor forholdene muligvis er anderledes, men hvor de samme processer formentlig styrer både de mikroorganismer, som producerer methan, og dem, der spiser det igen, inden det bliver frigivet til atmosfæren.

»Ultimativt skal vores resultater indgå som en lille brik i de store matematiske modeller, der prøver at komme med så præcise bud på fremtidens klima som muligt. I den sammenhæng spiller methan en rolle, og derfor gør både de methan­producerende og de methanspisende mikroorganismer det også. Forståelsen af dem og det, som de laver, er en lille brik i det store puslespil, men det er en vigtig brik at få på plads for at få et fuldstændigt billede,« siger Bo Thamdrup. ♦