Wie weit sich Mikroplastik in der Atmosphäre bewegt, hängt entscheidend von der Partikelform ab, so eine aktuelle Studie von Wissenschaftlern der Universität Wien und des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen. Obwohl sich kugelförmige Partikel schnell absetzen, könnten Mikroplastikfasern bis in die Stratosphäre gelangen.
In einem neuen Artikel veröffentlicht im Tagebuch Umweltwissenschaft und -technologieDie Forscher argumentieren, dass weitere Studien dringend erforderlich seien, um den möglichen Einfluss von Mikroplastik auf die Atmosphäre zu untersuchen.
Mikroplastikpartikel finden sich in den entlegensten Winkeln unseres Planeten. Für einige Orte, etwa für arktische Gletscher und Eisschilde, ist der atmosphärische Transport der einzig denkbare Weg. Es ist jedoch rätselhaft, wie einige recht große und meist faserartige Mikroplastikpartikel ihren Weg an solche Orte fanden, obwohl atmosphärische Transportmodelle vorhersagen, dass solch große Partikel in der Nähe ihrer Quellen aus der Atmosphäre fallen.
Die Studie einer interdisziplinären Gruppe von Wissenschaftlern der Universität Wien (Österreich) und des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen (Deutschland) ist diesem Rätsel durch eine innovative Kombination aus Laborexperimenten und Modellsimulationen begegnet. Die Forscher ermittelten zunächst experimentell, wie schnell sich Mikroplastikfasern in der Atmosphäre absetzen und stellten fest, dass sich Fasern wesentlich langsamer absetzen als Kugeln gleicher Masse.
Fehlende Daten zu Mikroplastikfasern in der Luft
Mohsen Bagheri vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, der die Laborexperimente beaufsichtigte, kommentiert: „Überraschenderweise gibt es in der Literatur fast keine Daten über die Dynamik von Mikroplastikfasern, wenn sie sich in der Luft ansiedeln. Dieser Mangel an Daten ist.“ Vor allem aufgrund der Herausforderungen, kontrollierte und wiederholbare Experimente mit so kleinen Partikeln in der Luft durchzuführen. Mit Fortschritten im 3D-Druck mit Submikronauflösung und der Entwicklung eines neuartigen Versuchsaufbaus, der die Verfolgung einzelner Mikroplastikpartikel in der Luft ermöglicht, konnten wir dieses Wissen ergänzen Lücke schließen und bestehende Modelle in dieser Studie verbessern.“
Anschließend implementierten die Forscher ein Modell, das den Absetzprozess nicht-kugelförmiger Partikel beschreibt, in ein globales atmosphärisches Transportmodell. Die Unterschiede zu kugelförmigen Partikeln waren dramatisch: Fasern mit einer Länge von bis zu 1,5 mm konnten im Modell die entlegensten Orte der Erde erreichen, während das Modell zeigte, dass sich Kugeln derselben Masse viel näher an den Quellregionen des Plastiks ansiedelten.
Daria Tatsii vom Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Wien, die Erstautorin der Studie, sagt: „Mit den neuartigen Laborexperimenten und Modellierungsanalysen reduzieren wir sicherlich Unsicherheiten über den atmosphärischen Fasertransport und können ihn endlich durch Modellierung erklären.“ Warum Mikroplastik auch sehr entlegene Regionen des Planeten erreicht. Ein wichtiges Ergebnis der Studie ist, dass unsere Analyse nicht nur auf Mikroplastik anwendbar ist, sondern auch auf alle anderen Partikel wie Vulkanasche, Mineralstaub, Pollen usw.
Fasern könnten sogar Auswirkungen auf die Stratosphäre haben
Ein weiteres Ergebnis ist, dass Kunststofffasern im Modell viel größere Höhen in der Atmosphäre erreichen könnten als Kugeln gleicher Masse. Andreas Stohl von der Universität Wien, der die Studie initiiert hat, kommentiert: „Dies könnte Auswirkungen auf Wolkenprozesse und sogar auf das stratosphärische Ozon haben, da es möglich erscheint, dass Mikroplastikfasern in der oberen Troposphäre reichlich vorhanden sind und sogar in die Stratosphäre gelangen könnten.“ Wir können nicht ausschließen, dass das in diesen Partikeln enthaltene Chlor schädlich für die Ozonschicht ist.
„Allerdings wissen wir derzeit nicht einmal, wie viel Plastik und in welchen Größen und Formen in die Atmosphäre gelangt, und wir wissen auch nicht, was damit unter den extremen Bedingungen der oberen Troposphäre und Stratosphäre passiert. Das wissen wir.“ Es fehlen sehr grundlegende Daten. Aber angesichts des dramatischen Anstiegs der weltweiten Kunststoffproduktion müssen wir wachsam sein.“
Trotz aller Unsicherheiten wird aus der Arbeit eines deutlich: Die oft eigenartigen Formen von Mikroplastikpartikeln müssen bei der Untersuchung ihrer Umweltauswirkungen berücksichtigt werden.
Mehr Informationen:
Daria Tatsii et al, Shape Matters: Ferntransport von Mikroplastikfasern in der Atmosphäre, Umweltwissenschaft und -technologie (2023). DOI: 10.1021/acs.est.3c08209