Winzige Plastikteile im Ozean mögen für sich genommen harmlos erscheinen, aber ihre zunehmende Präsenz ist ein frustrierendes Problem für Meeresökosysteme. Die geringe Größe der Partikel macht es schwierig, sie zu reinigen, und ermöglicht es ihnen auch, sich leicht in Meeresumgebungen einzugraben oder sogar von Meeresorganismen aufgenommen zu werden.
Zwei Forscher der University of Washington untersuchen mit sehr unterschiedlichen Methoden das Problem des marinen Mikroplastiks. Jacqueline Padilla-Gamiño, außerordentliche Professorin für Wasser- und Fischereiwissenschaften an der UW, plant zu untersuchen, wie Mikroplastik die Ökosysteme von Korallenriffen beeinflusst. Michelle DiBenedetto, Assistenzprofessorin für Maschinenbau an der UW, wird untersuchen, wie sich Mikroplastik über die Meeresoberfläche bewegt.
Zum Tag der Erde bat UW News sie, ihre Forschung zu besprechen.
Professor Padilla-Gamiño, die experimentelle Studie Ihres Labors aus dem Jahr 2019 zeigte, dass Korallen neben ihrer typischen Nahrung auch Mikroplastik aufnehmen. Warum ist Mikroplastik ein Problem für Korallen und andere Meeresorganismen?
Jacqueline Padilla-Gamiño: Dieses Material kann sie an der Nahrungsaufnahme hindern oder ihr Gewebe schädigen. Kunststoffe enthalten auch Weichmacher – Chemikalien, die verwendet werden, um Flexibilität zu verleihen und die Sprödigkeit zu verringern – die Hormonstörungen verursachen und die Fortpflanzung der Organismen beeinträchtigen können.
Was haben Sie seitdem gelernt?
JPG: Wir haben die Fülle und Vielfalt von Mikroplastik in Korallenriffen weiter erforscht, einschließlich in Wasser, Sedimenten und anderen Organismen wie Seegurken.
Wir führen auch andere Experimente durch, um zu erfahren, wie sich verschiedene Arten von Kunststoffen auf die Leistung von Korallen auswirken können, da nicht alle Kunststoffe gleich sind.
Es ist beängstigend, sich vorzustellen, dass Korallen und andere Meeresorganismen, die bereits durch die Erwärmung und Versauerung der Ozeane gestresst sind, gleichzeitig auch Mikroplastik verbrauchen. Wie kann Forschung Hoffnung bieten?
JPG: Die Forschung kann uns helfen zu verstehen, welche Arten empfindlicher auf Kunststoffe reagieren. Es kann uns auch helfen, ökologische Basislinien zu erstellen, die zur Bewertung von Auswirkungen verwendet werden können. Beide können uns dabei helfen, Strategien zu entwerfen, um die Auswirkungen der Plastikverschmutzung zu reduzieren.
Was hat Sie motiviert, Mikroplastik in Ihr breiteres Forschungsgebiet zu den Auswirkungen des Klimawandels auf Meeresorganismen einzubeziehen?
JPG: Plastikverschmutzung ist ein globales Problem und es ist auch ein Kohlendioxidproblem. Der Prozess der Kunststoffherstellung verursacht jährlich mehr als eine Milliarde Tonnen Treibhausgase. Mindestens 14 Millionen Tonnen Plastik landen jedes Jahr im Meer. Wir müssen die Auswirkungen dieser Kunststoffe auf marine Ökosysteme verstehen.
Professor DiBenedetto, was hat Sie motiviert, die Bewegung von Mikroplastik zu untersuchen?
Michelle DiBenedetto: Die Verschmutzung durch Plastik ist ein relativ neues Thema, und wir wissen noch vieles nicht darüber, was mit Plastik passiert, wenn es sich im Meer befindet. Wir wissen zum Beispiel nicht genau, wie lange der Abbau im Meer dauert, wo es sich absetzen könnte oder wie schnell es an unseren Stränden abgelagert wird.
Viele dieser Prozesse werden durch die Fluiddynamik im Ozean beeinflusst, wie Wellen, Turbulenzen, Wind und Strömungen. Wie sich Kunststoff verhält und im Ozean transportiert wird, ist ein interessantes Problem, da sich Kunststoff von traditionell untersuchten Meeresthemen wie Blasen, Ölverschmutzungen, Sedimenten und Biologie unterscheidet. Daher führt dies zu vielen interessanten physikalischen Fragen, die wir im Labor untersuchen können.
Können Sie beschreiben, wie diese Experimente aussehen?
MD: Wir schalten einen einstellbaren Windkanal ein, der über die Oberfläche eines Wellenbeckens bläst. Dadurch entstehen Wellen, Turbulenzen und Strömungen im Wasser.
Als nächstes setzen wir Partikel stromaufwärts im Tank frei. In der Mitte des Tanks haben wir einen Bereich, in dem wir Bilder der Partikel machen können. Wir verwenden Kameras und Beleuchtung, um die Partikel zu beleuchten, damit wir ihre Position und Ausrichtung verfolgen können (bei Verwendung von nicht kugelförmigen Partikeln). Wir verfolgen entweder die Partikelschatten oder wir verfolgen die Partikel selbst.
Wie wird die Verfolgung der Partikel auf diese Weise unser Wissen über den Transport von Mikroplastik im Ozean verbessern? Könnte uns dies möglicherweise dabei helfen, zukünftige Bereinigungsmethoden zu entwickeln?
MD: Das Ziel dieser Forschung ist es, ein grundlegendes Modell für die vertikale Verteilung von Mikroplastik an der Meeresoberfläche entwickeln zu können: Wie weit unter der Oberfläche erwarten wir eine Vermischung von schwimmfähigem Mikroplastik unter verschiedenen Bedingungen?
Dieses Modell würde die Genauigkeit von Simulationen des Transports von Mikroplastik (Meeresströmungen sind an der Oberfläche typischerweise schneller) und der Abbauraten (Sonnenlicht baut Mikroplastik ab und ist an der Oberfläche am stärksten) erhöhen. Ein Modell würde auch die Messunsicherheit verringern – wir haben viele Oberflächenmessungen von Mikroplastik, aber diese müssen um die Anzahl der unter der Oberfläche gemischten Mikroplastiken korrigiert werden.
Um effektive Reinigungsmethoden zu entwickeln, müssen wir wissen, wie schnell Mikroplastik die Meeresoberfläche auf natürliche Weise verlässt, damit wir den Wert der Entwicklung von Reinigungsmethoden entscheiden können – oder unsere Energie darauf konzentrieren, überhaupt weniger Plastik zu verschmutzen. Ziel dieser Arbeit ist es, unser Verständnis des natürlichen Transports und Schicksals von Kunststoffen im Ozean zu verbessern, damit wir entscheiden können, wie wir ihn am besten handhaben.