Methan (CH₄) ist nach CO₂ das zweitwichtigste Treibhausgas, das eine erhebliche globale Erwärmung verursacht. Obwohl Binnengewässer nur etwa 4 % der terrestrischen Oberfläche bedecken, tragen sie mindestens 25 % zu den landbasierten Treibhausgasemissionen bei. Flüsse stellen dabei aufgrund ihrer hohen räumlich-zeitlichen Heterogenität eine hohe Unsicherheitsquelle im globalen Methanbudget dar. Ein vertieftes Verständnis des Methankreislaufs in Flüssen ist daher entscheidend für die Entwicklung von Strategien zur Abschwächung ihrer Auswirkungen auf die globale Erderwärmung.

Die hyporheische Zone (HZ), der Übergangsbereich zwischen Grund- und Oberflächenwasser, ist ein Hotspot mikrobieller Aktivität. Dort wird unter anoxischen Bedingungen organische Substanz mikrobiell zu CH₄ umgesetzt. Während des konvektiv-diffusiven gesteuerten Transportes von CH₄ durch die HZ kann das gelöste Gas dabei aerob mit Sauerstoff oder anaerob mit Nitrat, Nitrit, Eisen und Sulfat zu CO₂ oxidiert werden. Einige Studien zeigten dabei, dass zahlreiche Parameter wie die Temperatur (T), die mikrobielle Gemeinschaft, das Redoxpotential (E_h) oder die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren den Methankreislauf in der HZ bestimmen.

In unserer Feldstudie haben wir an zwei morphologisch unterschiedlichen Standorten eines Fließgewässers tiefenaufgelöste Probenehmer (Peeper) installiert, um die geochemischen Gradienten zu erfassen. In den kiesdominierten Sedimenten wurde auf Grund des dominierenden konvektiven Transportes O₂, NO₃⁻ und SO₄²⁻ bis in tiefere Zonen der HZ nachgewiesen und keine Methanbildung beobachtet. Im Gegensatz dazu konnte in feinkörnigeren Sedimenten die Bildung von CH₄ nachgewiesen werden und durch δ¹³C-CH₄ Messungen, der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft und die Modellierung eine Methanoxidation vermutlich auch mit Nitrat gezeigt werden.

Wir schlagen auf Grund unserer Ergebnisse vor, dass der Einfluss der Sedimentstruktur ausschlaggebend für die Ausprägung des geochemischen Gradienten, der biogeochemischen Prozesse und die Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften im Sediment ist und Proxys wie T und E_h nur indirekt die Prozesse in der HZ kontrollieren.