Vorkommen und Verbleib von Mikroplastik

Bish­er ist sehr wenig darüber bekan­nt, was mit Mikro­plas­tik im Meer geschieht. Mit dem Pro­jekt Micro-Fate, das jet­zt unter Leitung des Helmholtz-Zen­trums für Umwelt­forschung (UFZ) startet, soll sich das ändern. Das inter­na­tionale Wis­senschaftlerteam will her­aus­find­en, wo sich Mikro­plas­tik im Meer ansam­melt, wie es abge­baut wird und welche Effek­te es auf die Umwelt hat. Eine fün­fwöchige Expe­di­tion über den Paz­i­fik markiert den Start des Pro­jek­ts. Die Reise mit dem Forschungss­chiff Sonne führt die Wissenschaftler*innen von Van­cou­ver nach Sin­ga­pur. Ihr wichtig­stes Ziel ist es, Proben für die spätere Lab­o­r­analyse zu nehmen und zu kon­servieren sowie erste Ver­suche durchzuführen.

Mil­lio­nen Ton­nen Plas­tik­abfälle gelan­gen jährlich über Flüsse, durch Wind und Abwäss­er ins Meer und verbleiben dort. „Detail­lierte Dat­en darüber, wo sich welche Men­gen Plas­tik ansam­meln, gibt es bish­er nicht“, sagt UFZ-Umweltchemik­erin Dr. Anni­ka Jahnke. Die bish­eri­gen Schätzun­gen beruhen auf Com­put­er­mod­ellen, Einzel­dat­en und Beobach­tun­gen aus der Luft. „Das wollen wir konkretisieren und her­aus­find­en, was mit dem Plas­tik im Ozean passiert und welche Effek­te Mikro­plas­tik auf die Umwelt hat“, erk­lärt Jahnke. Die Umweltchemik­erin leit­et am UFZ das bis zum Jahr 2021 laufende und vom Bun­desmin­is­teri­um für Bil­dung und Forschung geförderte Pro­jekt Micro-Fate, an dem auch Wis­senschaft­lerin­nen und Wis­senschaftler des Fraun­hofer-Insti­tuts für keramis­che Tech­nolo­gien und Sys­teme, des Leib­niz-Insti­tuts für Ost­seeforschung Warnemünde und der Stock­holm Uni­ver­si­ty in Schwe­den beteiligt sind. Am 30. Mai startet in Van­cou­ver (Kana­da) ein Team von 19 Pro­jek­t­teil­nehmern eine Expe­di­tion über den Paz­i­fik. An Bord des Forschungss­chiffs „Sonne“, das am 5. Juli in Sin­ga­pur ankom­men soll, sind vor allem Biolo­gen, Öko­toxikolo­gen und Umweltchemik­er. Sie wer­den während der Über­fahrt an mehreren Sta­tio­nen Proben sam­meln – darunter auch im North Pacif­ic Garbage Patch, einem der größten Müll­tep­piche im Paz­i­fik – aber auch an weniger belasteten Orten.

Den Wis­senschaftlern geht es vor allem darum, Proben aus dem Ober­flächen­wass­er, der Wasser­säule und vom Meeres­bo­den zu sam­meln. „Die Wasser­säule wurde bis­lang wenig unter­sucht“, erläutert Anni­ka Jahnke. Die Forsch­er hof­fen, dadurch mehr über die ver­tikale Verteilung der Kun­st­stoff­par­tikel her­auszufind­en und mögliche Gra­di­en­ten in Hin­blick auf ihre Konzen­tra­tion, Zusam­menset­zung, Alter und Bewuchs mit Biofil­men zu identifizieren.

Eine Analyse der Proben vom Meeres­bo­den soll zudem Infor­ma­tio­nen über Plas­tik­ma­te­r­i­al in den Sed­i­menten liefern und darüber, wo Mikro­plas­tik im Meer verbleibt. Die Wis­senschaftler ver­muten, dass sich die Mehrheit des Mate­ri­als am Meeres­bo­den ablagert. „Durch die Mes­sun­gen wer­den wir fest­stellen kön­nen, ob sich tat­säch­lich nur ca. ein Hun­dert­s­tel des gesamten Plas­tiks an der Wasser­ober­fläche befind­et“, sagt die Umweltchemik­erin. Sowohl die Sed­i­ment­proben als auch das Wass­er wer­den außer­dem auf Schad­stoffe unter­sucht, um her­auszufind­en, welche Stoffe Mikro­plas­tik an die Meere­sumwelt abgibt oder daraus aufnimmt.

Ein weit­eres Anliegen der Forsch­er ist es zu analysieren, wie sich die Poly­mer­struk­tur der Plas­tik­par­tikel infolge der Ver­wit­terung verän­dert. „Wir wis­sen bis­lang nur wenig über die Ver­wit­terung von marinem Plas­tik“, sagt Jahnke. „Es gibt zwar Schätzun­gen, aber keine soli­den Dat­en.“ Bish­er wurde die Ver­wit­terung zumeist im Labor simuliert. Daher gibt es an Bord des Forschungss­chiffs Stahlbeck­en, die mit Meer­wass­er gefüllt sind. In denen wollen die Wis­senschaftler unter­suchen, welchen Ein­fluss die Son­nen­strahlung, der Salzge­halt und die Tem­per­atur auf den Ver­wit­terung­sprozess von Plas­tik haben. „Hier geht es darum, unsere vorheri­gen Labor­ex­per­i­mente mit den Feld­ex­per­i­menten zu ergänzen“, erläutert die Forscherin.

Die Ver­wit­terung hat zur Folge, dass Plas­tikge­gen­stände allmäh­lich zer­fall­en und sich let­ztlich feine Poly­mer­par­tikel bilden. Diese neigen dazu, sich mit Mikroor­gan­is­men-Gemein­schaften zu Het­eroag­gre­gat­en zu verbinden. Die Forsch­er gehen davon aus, dass diese Biofilme eine entschei­dende Rolle für den Verbleib, den Trans­port und die Ver­wit­terung von marinem Plas­tik spie­len. Daher wer­den sie die Biofilme analysieren sowie deren Funk­tion und Rolle für bio­geo­chemis­che Kreis­läufe der Meere­sumwelt unter­suchen. Stu­di­en lassen ver­muten, dass sich die kun­st­stoff­be­siedel­nden Biofilme von anderen mari­nen mikro­biellen Gemein­schaften unter­schei­den, und dass Plas­tik daher ein neuer Leben­sraum für Mikroben in mari­nen Sys­te­men ist – mit bish­er unbekan­nten Folgen.

„Uns geht es darum, die Feld­dat­en mit beste­hen­den Mod­ellen abzu­gle­ichen“, erk­lärt die UFZ-Wis­senschaft­lerin. „Nach der Auswer­tung kön­nen wir bess­er abschätzen, wieviel Plas­tik in den Ozea­nen vorkommt und welche Auswirkun­gen Mikro­plas­tik auf die marine Umwelt hat. Wir wer­den mehr über das Vorkom­men und den Verbleib von Plas­tik erfahren und darüber, ob der Meeres­bo­den so wie angenom­men eine so große Senke von Plas­tik ist.“

Das Pro­jekt Micro-Fate ste­ht für Char­ac­ter­iz­ing the fate and effects of microplas­tic par­ti­cles between hotspots and remote regions in the Pacif­ic Ocean. An dem Pro­jekt sind Wis­senschaft­lerin­nen und Wis­senschaftler des Fraun­hofer-Insti­tuts für keramis­che Tech­nolo­gien und Sys­teme, des Leib­niz-Insti­tuts für Ost­seeforschung Warnemünde und der Stock­holm Uni­ver­si­ty in Schwe­den beteiligt. Dazu kom­men das Alfred-Wegen­er-Insti­tut Helmholtz-Zen­trum für Polar- und Meeres­forschung AWI und das Senck­en­berg Forschungsin­sti­tut, die als Gastin­sti­tu­tio­nen an der Expe­di­tion teil­nehmen. Das Bun­desmin­is­teri­um für Bil­dung und Forschung fördert das Pro­jekt bis 2021 mit cir­ca 820.000 Euro.