Eine Studie ergab, dass in Flaschen abgefülltes Wasser Hunderttausende bisher ungezählter winziger Plastikteile enthalten kann

In den letzten Jahren gab es zunehmend Bedenken, dass winzige Partikel, sogenannte Mikroplastik, praktisch überall auf der Erde auftauchen, vom Polareis über den Boden bis hin zum Trinkwasser und der Nahrung. Diese Partikel entstehen, wenn Kunststoffe in immer kleinere Teile zerfallen. Sie werden von Menschen und anderen Lebewesen verzehrt, mit unbekannten möglichen Auswirkungen auf die Gesundheit und das Ökosystem.

Ein großer Forschungsschwerpunkt: Flaschenwasser, das nachweislich in jedem Behälter Zehntausende identifizierbarer Fragmente enthält.

Mithilfe neu verfeinerter Technologie sind Forscher nun in eine völlig neue Kunststoffwelt vorgedrungen: in das wenig bekannte Reich der Nanoplastiken, der Abkömmlinge von Mikroplastik, die noch weiter zerfallen sind.

Zum ersten Mal zählten und identifizierten sie diese winzigen Partikel in Wasserflaschen. Sie fanden heraus, dass ein Liter im Durchschnitt etwa 240.000 nachweisbare Plastikfragmente enthielt – 10 bis 100 Mal mehr als frühere Schätzungen, die hauptsächlich auf größeren Größen basierten.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Nanoplastik ist so klein, dass es im Gegensatz zu Mikroplastik über den Darm und die Lunge direkt in den Blutkreislauf gelangen und von dort zu Organen wie Herz und Gehirn gelangen kann. Sie können in einzelne Zellen eindringen und über die Plazenta in den Körper ungeborener Babys gelangen. Mediziner rennen um die Wette Studieren Sie die möglichen Auswirkungen auf einer Vielzahl biologischer Systeme.

„Früher war dies nur ein dunkler, unerforschter Bereich. Toxizitätsstudien haben lediglich erraten, was sich dort befindet“, sagte Beizhan Yan, Co-Autor der Studie, Umweltchemiker am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University. „Dies öffnet ein Fenster, durch das wir in eine Welt blicken können, die uns zuvor nicht zugänglich war.“

Die weltweite Kunststoffproduktion ist annähernd 400 Millionen Tonnen pro Jahr. Jährlich werden mehr als 30 Millionen Tonnen ins Wasser oder an Land geworfen, und viele aus Kunststoffen hergestellte Produkte, darunter auch synthetische Textilien, geben beim Gebrauch Partikel ab.

Im Gegensatz zu natürlichen organischen Stoffen zerfallen die meisten Kunststoffe nicht in relativ harmlose Substanzen; Sie teilen sich einfach immer wieder in immer kleinere Partikel derselben chemischen Zusammensetzung. Abgesehen von einzelnen Molekülen gibt es theoretisch keine Grenze dafür, wie klein sie werden können.

Als Mikroplastik gelten Fragmente mit einer Größe von 5 Millimetern (weniger als einem Viertel Zoll) bis zu 1 Mikrometer, was einem Millionstel Meter oder 1/25.000stel Zoll entspricht. (Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 70 Mikrometern.) Nanoplastik, das sind Partikel unter 1 Mikrometer, wird in Milliardstel Metern gemessen.

Kunststoffe in Wasserflaschen wurden lange Zeit zu einem öffentlichen Thema eine Studie aus dem Jahr 2018 durchschnittlich 325 Partikel pro Liter festgestellt; Spätere Studien vervielfachten diese Zahl um ein Vielfaches. Wissenschaftler vermuteten, dass es noch mehr waren, als sie bisher gezählt hatten, aber gute Schätzungen hörten auf bei Größen unter 1 Mikrometer – der Grenze der Nanowelt.

„Menschen haben Methoden entwickelt, um Nanopartikel zu sehen, aber sie wussten nicht, was sie sahen“, sagte der Hauptautor der neuen Studie, Naixin Qian, ein Chemiestudent aus Columbia. Sie stellte fest, dass frühere Studien große Schätzungen der Nanomasse liefern konnten, die einzelnen Partikel jedoch größtenteils nicht gezählt oder identifiziert werden konnten, bei denen es sich um Kunststoffe oder etwas anderes handelte.

Die neue Studie nutzt eine Technik namens stimulierte Raman-Streuungsmikroskopie, die vom Co-Autor der Studie, Wei Min, einem Biophysiker aus Columbia, miterfunden wurde. Dabei werden Proben mit zwei gleichzeitigen Lasern untersucht, die so abgestimmt sind, dass sie bestimmte Moleküle in Resonanz bringen. Die Forscher untersuchten sieben gängige Kunststoffe und entwickelten einen datengesteuerten Algorithmus zur Interpretation der Ergebnisse. „Es ist eine Sache, etwas zu erkennen, aber eine andere, zu wissen, was man erkennt“, sagte Min.

Die Forscher testeten drei beliebte Flaschenwassermarken, die in den USA verkauft werden (sie wollten nicht nennen, welche) und analysierten Plastikpartikel mit einer Größe von nur 100 Nanometern.

Sie entdeckten 110.000 bis 370.000 Partikel in jedem Liter, 90 % davon waren Nanoplastik; der Rest war Mikroplastik. Sie ermittelten außerdem, um welche der sieben spezifischen Kunststoffe es sich handelte, und zeichneten ihre Formen auf – Eigenschaften, die für die biomedizinische Forschung wertvoll sein könnten.

Ein häufig verwendetes Material war Polyethylenterephthalat oder PET. Dies war nicht überraschend, da viele Wasserflaschen daraus hergestellt sind. (Es wird auch für in Flaschen abgefüllte Limonaden, Sportgetränke und Produkte wie Ketchup und Mayonnaise verwendet.) Es gelangt wahrscheinlich in Form von Stücken ins Wasser, wenn die Flasche zusammengedrückt oder Hitze ausgesetzt wird. Eine aktuelle Studie deutet darauf hin, dass beim wiederholten Öffnen oder Schließen des Deckels viele Partikel ins Wasser gelangen und winzige Partikel abreiben.

PET wurde jedoch von Polyamid, einer Art Nylon, übertroffen. Ironischerweise, sagte Beizhan Yan, stamme das wahrscheinlich von Plastikfiltern, die angeblich dazu dienen, das Wasser zu reinigen, bevor es in Flaschen abgefüllt wird. Weitere gängige Kunststoffe, die die Forscher fanden: Polystyrol, Polyvinylchlorid und Polymethylmethacrylat, die alle in verschiedenen industriellen Prozessen verwendet werden.

Ein etwas beunruhigender Gedanke: Die sieben Kunststoffarten, nach denen die Forscher suchten, machten nur etwa 10 % aller Nanopartikel aus, die sie in den Proben fanden; Sie haben keine Ahnung, was der Rest ist. Wenn es sich dabei ausschließlich um Nanoplastik handelt, bedeutet dies, dass es pro Liter mehrere zehn Millionen davon sein könnten.

Aber sie könnten fast alles sein, „was auf die komplizierte Partikelzusammensetzung in der scheinbar einfachen Wasserprobe hinweist“, schreiben die Autoren. „Die gemeinsame Existenz natürlicher organischer Materie erfordert sicherlich eine umsichtige Unterscheidung.“

Die Forscher gehen nun über das Flaschenwasser hinaus. „Es gibt eine riesige Welt an Nanoplastik, die untersucht werden muss“, sagte Min. Er stellte fest, dass Nanoplastik in Bezug auf die Masse weitaus weniger ausmacht als Mikroplastik, aber „es kommt nicht auf die Größe an. Es kommt auf die Anzahl an, denn je kleiner die Dinge sind, desto leichter können sie in uns eindringen.“

Das Team will sich unter anderem mit Leitungswasser befassen, das allerdings ebenfalls nachweislich Mikroplastik enthält weit weniger als Wasser in Flaschen.

Beizhan Yan führt ein Projekt durch, um Mikroplastik und Nanoplastik zu untersuchen, die beim Wäschewaschen im Abwasser landen – seiner Zählung zufolge sind es bisher Millionen pro 10-Pfund-Ladung, die aus synthetischen Materialien stammen, aus denen viele Gegenstände bestehen. (Er und seine Kollegen entwickeln Filter, um die Verschmutzung durch gewerbliche und private Waschmaschinen zu reduzieren.)

Das Team wird bald Partikel im Schnee identifizieren, die von britischen Mitarbeitern stammen Trekking zu Fuß durch die westliche Antarktis sammeln gerade. Sie arbeiten außerdem mit Umweltgesundheitsexperten zusammen, um Nanoplastik in verschiedenen menschlichen Geweben zu messen und ihre entwicklungsbedingten und neurologischen Auswirkungen zu untersuchen.

„Es ist nicht völlig unerwartet, so viel davon zu finden“, sagte Qian. „Die Idee ist, dass es umso mehr davon gibt, je kleiner die Dinge werden.“

Die Studie wurde gemeinsam von Xin Gao und Xiaoqi Lang von der Chemieabteilung der Columbia verfasst; Huipeng Deng und Teodora Maria Bratu aus Lamont-Doherty; Qixuan Chen von der Mailman School of Public Health in Kolumbien; und Phoebe Stapleton von der Rutgers University.