Neben Wasser stellen Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2) die wichtigsten Treibhausgase dar. Während Methan einen um zwei Größenordnungen geringeren Anteil in der Atmosphäre aufweist als Kohlenstoffdioxid, hat es im Vergleich zu CO2 ein bis zu 28 mal größeres Treibhausgaspotential . In Bezug auf anthropogene Methanemissionen nimmt der Abfallsektor eine wichtige Stelle ein. Mülldeponien sind hier von besonderem Interesse, da weltweit die Deponierung den Hauptentsorgungsweg von Müll darstellt. Durch Fermentation im anaeroben Müllkörper entsteht das sogenannte Deponiegas, welches zum größten Teil aus CH4 und CO2 besteht. Letzteres wird wegen seines zunächst hohen Brennwerts zur Produktion von Energie und Wärme genutzt. Auf einer Deponie nehmen jedoch sowohl der Anteil an CH4 als auch die Menge an gebildeten Deponiegas im Laufe der Zeit ab. Eine wirtschaftliche Nutzung ist dann nicht mehr möglich. Da die Deponieverordnung aber eine Behandlung des entstandenen Gases vorschreibt, stellen passive Systeme wie die Methanoxidationsschicht eine Alternative zu aktiven Systemen zur Behandlung von sogenannten Restmengen bzw. Schwachgas dar. Sie benötigen, im Gegensatz zu aktiven Systemen, keine zusätzliche Technik und Maschinen, die oft mit einem hohen Wartungsaufwand verbunden sind. Ein Nachteil besteht jedoch darin, die Menge des oxidierten Methans zu bestimmen und somit die Leistungsfähigkeit einer Methanoxidationsschicht einzuschätzen. Hierfür kommen verschiedene Techniken zum Einsatz. Darunter zählt auch die Analytik stabiler Isotope (SIA). Sie beruht auf der Gegebenheit, dass die für die Oxidation verantwortlichen methanotrophen Bakterien das leichtere Isotop 12CH4 gegenüber dem schwereren 13CH4 bevorzugen. Diese Präferenz lässt sich durch den Anreicherungsfaktor ε beschreiben. Als Folge der bakteriellen Metabolisierung fraktioniert das zum Teil oxidierte CH4 und unterscheidet sich so von dem gebildeten Methan im anaeroben Müllkörper. Dieser Unterschied ermöglicht die Abschätzung der relativen Biodegradation. Neben der Isotopensignatur des gebildeten und des teiloxidierten Methans, ist die Kenntnis des sogenannten Anreicherungsfaktors von großer Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wurden hierzu die Anreicherungsfaktoren bei unterschiedlichen Temperaturen und für unterschiedliche Bakterientypen (Typ I und II) mittels der Gaschromatographie mit Kopplung an die Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie (GC-IRMS) bestimmt. Der Mittelwert ± Standardabweichung lag bei ε = 0.021 ± 0.004 (gemischte Methanotrophe in Mutterboden: ε = 0.0202 ± 0.0047 bei 22°C und ε = 0.0231 ± 0.0059 bei 30°C; gemischte Anreicherungskultur bei 22°C: ε = -0.0136 ± 0.0036; Typ I Anreicherungs-kultur: ε = 0.0242 ± 0.0007 bei 22°C und ε = 0.0202 ± 0.0030 bei 30°C; Typ II Anreicherungskultur: ε = 0.0204 ± 0.0028 bei 22°C; ε = 0.0232 ±0.0020 bei 30°C). Beim Vergleich mit der Literatur zeigten sich ähnliche Werte, dessen Unsicherheit in Bezug auf die Standardabweichung aber generell sehr hoch ist (bis zu ~20%). Ein Unterschied von ε durch die verschiedenen Faktoren ließ sich statistisch nicht nachweisen. Weiterhin zeigte sich, dass die Standardabweichung von ε den Wert für vorgeschlagene temperaturabhängige Korrekturen umschließt. Dies bedeutet, dass für den Bereich von 10-40°C, was den regulären Aktivitätsbereich der Oxidationsschicht umfasst, eine Korrektur im Vergleich zu einem Wert mit entsprechender Standardabweichung statistisch nicht signifikant ist und somit eine untergeordnete Rolle spielt. Ein weiterer Faktor, der die Isotopenfraktionierung beeinflusst ist die Diffusion. Sie muss bei Berechnungen entsprechend berücksichtigt werden. Der Diffusionskoeffizient und die diffusionsabhängige Isotopenfraktionierung für ein potentielles Abdeckmaterial wurden bei 22.5°C und 30°C bestimmt und mit der Literatur verglichen. Mit einem Mittelwert von εdiff = 0.0212 ± 0.005 bei 22.5°C und εdiff = 0.0218 ± 0.003 bei 30°C lagen die Werte in derselben Größenordnung wie für die Methanoxidation, und weiterhin im Rahmen der analytischen Unsicherheit für den theoretischen Wert von εdiff = 0.0191. Die so bestimmten, wichtigen Parameter konnten nun verwendet werden, um die Biodegradation eines organisch geprägten Mutterbodens als potentielles Abdeckmaterial, der in einem neuen Reaktordesign eingesetzt wurde, zu berechnen. Unterschiedliche Methoden, darunter die Bilanzierung durch Massenbilanz, ein stöchiometrischer Ansatz basierend auf CH4 und CO2, und SIA, wurden dabei angewandt und u.a. statistisch miteinander verglichen. Alle Methoden zeigten untereinander eine gute Korrelation. Zusätzlich ergab sich, dass die Massenbilanz die höchste Abschätzung aufwies, gefolgt vom stöchiometrischen Ansatz und SIA. Der untersuchte Mutterboden zeigte sich schließlich als geeignet für die Entfernung von bis zu 99% an CH4 für Gasfrachten von 35 65 gm-2Tag-1, die in der Nachsorgephase einer Deponie üblich sind. Im letzten Kapitel kamen SIA und der stöchiometrische Ansatz zum Einsatz, um die aktive Zone der Methanoxidation im Reaktor zu lokalisieren. Die Ergebnisse wurden mit einer neu angewandten Technik, der Thermographie, verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass der berechnete Methanumsatz mit einer entsprechenden Temperaturerhöhung einherging. Somit erweist sich die Thermographie als geeignetes Mittel, um die Aktivität der Bakterien unter verschiedenen Einflussfaktoren zu erfassen. Sie ermöglicht es weiterhin zukünftige Untersuchungen zu unterschiedlichen Umwelteinflüssen wie Austrocknung, verstärkte Regenereignisse, oder die Rissbildung durch Wurzelbildung in Abstimmung mit der SIA durchzuführen. Schließlich erweitert diese Arbeit das Verständnis für die Veränderlichkeit der bakteriellen Methanoxidationsschicht unter verschiedenen Umweltaspekten und unterstützt somit die Modellierung der Methanoxidationsschicht für eine bessere Vorhersage auf Deponien.