Regenfälle verursachen Mikroplastik-Transport in die Atmosphäre

Oft enthal­ten Ozeane, Seen und Flüsse an ihrer Ober­fläche eine große Zahl von Mikro­plas­tik-Par­tikeln. Ein­schla­gende Regen­tropfen bewirken, dass viele Tröpfchen mit ein­er fast eben­so hohen Mikro­plas­tik-Konzen­tra­tion in die Luft geschleud­ert wer­den. Ver­dun­sten sie in der Luft, gelan­gen die Par­tikel in die Atmo­sphäre. Diese Prozesse beschreiben Forscher*innen der Uni­ver­sität Bayreuth in ein­er neuen, in „Microplas­tics and Nanoplas­tics“ veröf­fentlicht­en Studie. In ein­er ersten, in mehrfach­er Hin­sicht noch mit Unsicher­heit­en behafteten Abschätzung kom­men sie zu dem Ergeb­nis: Weltweit kön­nten infolge von Regen­fällen jährlich bis zu 100 Bil­lio­nen Mikro­plas­tik-Par­tikel in die Atmo­sphäre gelangen.
Die Unter­suchun­gen zeigen: Schlägt ein Regen­tropfen auf eine Wasser­ober­fläche auf, wer­den Tröpfchen aus einem kleinen ringför­mi­gen Bere­ich um die Ein­schlagsstelle in die Luft geschleud­ert. Sie stam­men aus ein­er Tiefe von weni­gen Mil­lime­tern unter­halb der Wasser­ober­fläche. Die in den Tröpfchen enthal­te­nen Mikro­plas­tik-Par­tikel haben fast die gle­iche Konzen­tra­tion wie in dieser schmalen Wasser­schicht. Auch ihre Flug­bah­nen in der Luft sowie ihre Flug­dauer haben die Bayreuther Wissenschaftler*innen berechnet.
Daraus ergibt sich ein klares Bild: Das Wass­er von Regen­tropfen, das frei von Mikro­plas­tik ist, lan­det in den Ozea­nen, während plas­tikhaltiges Wass­er aus den Ozea­nen in die Luft gelangt. Wenn die Tröpfchen so lange in der Luft fliegen, bis sie ver­dun­sten, ent­lassen sie die Mikro­plas­tik-Par­tikel in die Atmo­sphäre. Dies geschieht beson­ders häu­fig ober­halb der Wasser­ober­flächen von Ozea­nen, wo Wind­ver­hält­nisse und Tem­per­a­turen eine ver­gle­ich­sweise lange Flug­dauer und eine rasche Ver­dun­stung begün­sti­gen. Die meis­ten der in die Luft geschleud­erten Mikro­plas­tik-Par­tikel fall­en allerd­ings auf­grund ein­er kurzen Flug­dauer wieder zurück ins Wasser

„Es war eine riesige Her­aus­forderung festzustellen, wie viele Tröpfchen durch einen einzi­gen ein­schla­gen­den Regen­tropfen hochgeschleud­ert wer­den, wie groß und wie schnell diese Tröpfchen sind und wie viele Mikro­plas­tik-Par­tikel sie möglicher­weise enthal­ten. Exper­i­mente allein hät­ten zu wenige Infor­ma­tio­nen geliefert. Deshalb haben wir für Sim­u­la­tio­nen dieser Prozesse einen völ­lig neuen Code erar­beit­et und ein Com­put­er­mod­ell entwick­elt, das es erlaubt, diese Fra­gen mit hoher Genauigkeit und in ein­er noch nie dagewe­se­nen Detailtiefe zu beantworten.“
— Prof. Dr. Stephan Gek­le, Koor­di­na­tor der Studie

„Wie real­is­tisch unsere Sim­u­la­tio­nen sind, zeigt sich beim Ver­gle­ich mit tech­nisch anspruchsvollen Exper­i­menten: Hochgeschwindigkeit­sauf­nah­men von ein­schla­gen­den Regen­tropfen bestäti­gen die auf unserem Mod­ell basieren­den Berech­nun­gen“, sagt Erstau­tor Moritz Lehmann, Physik-Dok­torand an der Uni­ver­sität Bayreuth.
Um her­auszufind­en, wie viele Mikro­plas­tik-Par­tikel durch diese Prozesse let­ztlich in der Atmo­sphäre lan­den, haben die Bayreuther Forscher*innen eine Vielzahl empirisch ver­füg­bar­er Dat­en zusam­menge­führt und in ihre Berech­nun­gen ein­be­zo­gen. Diese Dat­en betr­e­f­fen unter anderem die Mikro­plas­tik-Konzen­tra­tio­nen an Meere­sober­flächen, die jährlichen Nieder­schlags­men­gen, die von der Regen­in­ten­sität abhängige Größe der Regen­tropfen und die zeitliche Verteilung der Regen­in­ten­sität. Eine erste Abschätzung führt zu dem Ergeb­nis, dass durch die Ein­schläge von Regen­tropfen auf Wasser­ober­flächen weltweit bis zu 100 Bil­lio­nen Mikro­plas­tik-Par­tikel pro Jahr in die Atmo­sphäre gelan­gen könnten.
Die Autor*innen beto­nen, dass diese Abschätzung noch mit zahlre­ichen Unsicher­heit­en und Unge­nauigkeit­en behaftet ist: Tur­bu­len­zen im Wind, welche die Ein­schlagskraft von Regen­tropfen bee­in­flussen kön­nen, wur­den in die Berech­nun­gen noch nicht ein­be­zo­gen. Zudem weisen die Meere­sober­flächen auf der Erde nicht über­all eine gle­ich hohe Konzen­tra­tion von Mikro­plas­tik-Par­tikeln auf – im Gegen­teil, die Unter­schiede sind sehr groß. Satel­liten­mes­sun­gen in Verbindung mit Wet­ter­mod­ellen kön­nten aber schon bald genaueren Auf­schluss über die „Hotspots“ geben, an denen beson­ders viele Mikro­plas­tik-Par­tikel aus dem Ozean in die Atmo­sphäre trans­portiert werden.

Forschungsförderung und Kooperation

Die in der Fachzeitschrift „Mikro­plas­tics and Nanoplas­tics“ veröf­fentlichte Studie ist aus einem Forschung­spro­jekt des von der DFG geförderten Son­der­forschungs­bere­ichs „Mikro­plas­tik“ an der Uni­ver­sität Bayreuth her­vorge­gan­gen. Das Bayreuther Forschung­steam unter der Leitung von Prof. Dr. Stephan Gek­le hat dabei mit Prof. Dr. Andreas Held, Pro­fes­sor für Umweltchemie und Luftrein­hal­tung an der TU Berlin, zusammengearbeitet.