Der Weg des Plastiks in den Ozeanen

Obwohl in den Meeren bere­its riesige Men­gen an Plas­tik driften und ständig neues Mikro­plas­tik in die Ozeane gelangt, sind die Konzen­tra­tio­nen von Mikro­plas­tik in der Ober­flächen­schicht geringer als erwartet. Forschende des Geo­mar Helmholtz-Zen­trums für Ozean­forschung Kiel, des Kiel­er Exzel­len­z­clus­ters „Ozean der Zukun­ft“ und des Helmholtz-Zen­trums Geesthacht haben jet­zt exper­i­mentell nachgewiesen, dass Mikro­plas­tik im Meer­wass­er mit natür­lich vork­om­menden Par­tikeln inter­agiert und Aggre­gate bildet. Diese Aggre­gat­bil­dung kön­nte erk­lären, wie Mikro­plas­tik von der Ober­fläche in tief­ere Wasser­schicht­en absinkt. Die Ergeb­nisse wur­den heute in Pro­ceed­ings of the Roy­al Soci­ety B veröffentlicht.

In den Ozea­nen existiert eine Vielzahl von Par­tikeln biol­o­gis­chen Ursprungs, zu denen beispiel­sweise lebende und abgestor­bene Plank­tonor­gan­is­men und deren Auss­chei­dun­gen gehören. Diese soge­nan­nten bio­genen Par­tikel inter­agieren miteinan­der und bilden häu­fig in tief­ere Wasser­schicht­en absink­ende Klumpen oder wis­senschaftlich kor­rekt: Aggre­gate. Neben den natür­lichen Par­tikeln befind­et sich seit einiger Zeit eine große Menge von Plas­tik­par­tikeln mit ein­er Größe von weniger als fünf Mil­lime­tern, also Mikro­plas­tik, in den Ozeanen.

Obwohl zurzeit ständig neues Mikro­plas­tik in die Ozeane gelangt und einige Plas­tikarten eine rel­a­tiv geringe Dichte aufweisen und deshalb an der Wasser­ober­fläche driften, sind die Konzen­tra­tio­nen an der Ober­fläche der Ozeane oft geringer als erwartet. Außer­dem wurde in den ver­gan­genen Jahren mehrfach Mikro­plas­tik in Tief­seesed­i­menten gefun­den. Was geschieht mit dem Mikro­plas­tik in der Ober­flächen­schicht? Wie gelangt es in große Wasser­tiefen? „Unsere Hypothese lautete, dass Mikro­plas­tik gemein­sam mit den bio­genen Par­tikeln im Meer­wass­er Aggre­gate bildet, in denen es dann möglicher­weise in tief­ere Wasser­schicht­en absinkt“, erläutert Dr. Jan Michels, Mit­glied im Exzel­len­z­clus­ter „Ozean der Zukun­ft“ und Erstau­tor der Studie, die heute in der inter­na­tionalen Fachzeitschrift Pro­ceed­ings of the Roy­al Soci­ety B veröf­fentlicht wurde.

Um diese Hypothese zu über­prüfen, führten die Forschen­den Labor­ex­per­i­mente mit 700 bis 900 Mikrom­e­ter großen Kügelchen aus Poly­sty­rol durch. Dabei ver­glichen die Beteiligten, welch­es Ver­hal­ten die Kügelchen bei Anwe­sen­heit oder Abwe­sen­heit von bio­genen Par­tikeln zeigen. Die Exper­i­mente liefer­ten ein ein­deutiges Ergeb­nis: „Das Vorhan­den­sein von bio­genen Par­tikeln war entschei­dend für die Aggre­gat­bil­dung. Während Mikro­plas­tik­par­tikel alleine nur wenig aggregierten, bilde­ten sie zusam­men mit bio­genen Par­tikeln inner­halb weniger Tage ziem­lich aus­geprägte und sta­bile Aggre­gate“, beschreibt Prof. Dr. Anja Engel, Lei­t­erin der Arbeits­gruppe am Geo­mar, in der die Studie durchge­führt wurde. Nach zwölf Tagen befan­den sich im Durch­schnitt 73 Prozent des Mikro­plas­tiks in Aggregaten.

„Zusät­zlich ver­muteten wir, dass Biofilme, die sich auf der Ober­fläche des Mikro­plas­tiks befind­en, eine Rolle bei der Aggre­gat­bil­dung spie­len“, erk­lärt Michels, der die Unter­suchun­gen während sein­er Zeit im Geo­mar leit­ete und inzwis­chen an der Chris­t­ian-Albrechts-Uni­ver­sität zu Kiel tätig ist. Solche Biofilme wer­den von Mikroor­gan­is­men, vor allem von Bak­te­rien und einzel­li­gen Algen, gebildet, und sind rel­a­tiv kle­brig. Um ihren Ein­fluss auf die Aggre­ga­tion zu unter­suchen, wur­den ver­gle­ichende Exper­i­mente mit gere­inigten Plas­tikkügelchen und solchen, die mit einem Biofilm über­zo­gen waren, durchge­führt. „Das von einem Biofilm über­zo­gene Mikro­plas­tik bildete zusam­men mit bio­genen Par­tikeln bere­its nach weni­gen Stun­den erste Aggre­gate, deut­lich früher und schneller als das zu Beginn der Exper­i­mente gere­inigte Mikro­plas­tik“, beschreibt Michels. Im Durch­schnitt 91 Prozent des mit Biofilm über­zo­ge­nen Mikro­plas­tiks waren nach drei Tagen in die Aggre­gate integriert.

„Ist Mikro­plas­tik mit einem Biofilm über­zo­gen und sind gle­ichzeit­ig bio­gene Par­tikel vorhan­den, bilden sich im Labor also sehr schnell sta­bile Aggre­gate aus Mikro­plas­tik und bio­genen Par­tikeln“, fasst Michels zusam­men. In vie­len Regio­nen der Ozeane ist das Vorhan­den­sein von zahlre­ichen bio­genen Par­tikeln und von Biofil­men auf dem Mikro­plas­tik ver­mut­lich eine typ­is­che Sit­u­a­tion. „Deshalb spricht vieles dafür, dass die Aggre­ga­tion­sprozesse, die wir in unseren Labor­ex­per­i­menten beobachtet haben, auch in den Ozea­nen stat­tfind­en und dort großen Ein­fluss auf den Trans­port und die Verteilung von Mikro­plas­tik nehmen“, erk­lärt Prof. Dr. Kai Wirtz, der im Helmholtz-Zen­trum Geesthacht arbeit­et und an dem Pro­jekt beteiligt war. Dies kön­nte in Zukun­ft durch das gezielte Sam­meln von Aggre­gat­en in den Ozea­nen und eine anschließende sys­tem­a­tis­che Suche nach Mikro­plas­tik weit­er über­prüft werden.