Erster Langzeitnachweis einer Mikroplastikbelastung aus tiefen Wasserschichten des offenen Ozeans

Erstmals haben Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) eine Langzeitprobenserie zur Mikroplastikbelastung im Nordostatlantik aus 2000 m Wassertiefe hinsichtlich Anzahl, Größe, Masse, Material und möglicher Herkunft analysiert der Partikel. Die Proben wurden zwischen 2003 und 2015 im Madeira-Becken durch eine Sedimentfalle gesammelt. Kunststoffart und Partikelmenge variierten stark, machten aber bis zu 8 % des gesamten Partikelflusses aus. Die gebräuchlichsten Kunststoffmaterialien waren Polyethylen und PVC. Die Ergebnisse liefern Einblicke in die zeitliche Variabilität des Absinkens von Mikroplastik und damit einen ersten Ansatz zum Verständnis ihres Verbleibs im Ozean.

Wenige anthropogene Umweltschadstoffe – sowohl an Land als auch im Wasser – sind so weit verbreitet wie Mikroplastik. Und obwohl es in fast jedem Ökosystem Hinweise auf Mikroplastik gibt – selbst wenn es so abgelegen ist wie die Arktis oder Tiefseesedimente – bestehen große Wissenslücken über ihren Ursprung, ihr Schicksal und ihre zeitliche Variabilität. Dies gilt insbesondere für die Ozeane.

„Dennoch ist Mikroplastik in vielerlei Hinsicht gefährlich für die Meeresumwelt“, sagt Janika Reineccius vom IOW, Erstautorin der kürzlich veröffentlichten Studie zur Langzeitbeobachtung der Mikroplastikbelastung in tiefen Wasserschichten des offenen Nordostatlantiks. „Mikroplastik kann bestimmte Giftstoffe adsorbieren und über weite Strecken transportieren, sowohl horizontal als auch vertikal. Verschiedenste Organismen nehmen solche ‚vergifteten‘ Partikel auf, was obendrein die Aufnahme von nahrhafter Nahrung deutlich einschränken kann“, sagt der Forscher .

„Außerdem ist Mikroplastik nicht gleich Mikroplastik“, ergänzt Co-Autorin Joanna Waniek. „Um besser zu verstehen, wie schnell und wie viel Mikroplastik durch die Wassersäule in die Tiefen des Ozeans sinkt, müssen wir nicht nur die Partikelgröße untersuchen, sondern auch, aus welchem ​​Material die Partikel bestehen physikalische Eigenschaften, die sowohl das Sinkverhalten als auch die Partikellebensdauer beeinflussen, was wiederum entscheidend die Verweildauer in der Wassersäule und damit die Verfügbarkeit für die betroffene Fauna beeinflusst“, erklärt der IOW-Wissenschaftler. Seit mehr als 20 Jahren leitet sie das Azoren-Observatorium Kiel 276, das mitten im Nordostatlantik etwa auf halber Strecke zwischen den Azoren und der Insel Madeira vor Anker liegt. Neben zahlreichen Instrumenten, die verschiedenste chemische und physikalische ozeanographische Parameter messen, sind an der 5,2 km langen Festmacherleine auch Sedimentfallen angebracht, um absinkende Partikel in unterschiedlichen Tiefen aufzufangen.

In der vorliegenden Studie analysierten die beiden IOW-Forscher erstmals eine Zeitreihe von Sedimentfallenmaterial aus 2000 m Wassertiefe, das von Kiel 276 zwischen 2003 und 2015 gesammelt wurde. In jeder der 110 untersuchten Proben wurde Mikroplastik nachgewiesen. Menge, Plastikart und vertikale Transportraten waren sehr unterschiedlich: Zwischen 1 und etwa 3000 Plastikpartikel sinken pro Tag und m² in die atlantische Tiefsee, was einer Masse von 0,0001 bis fast 2 mg pro Tag und m² entspricht.

„Hochgerechnet auf den gesamten Atlantik entspricht das einem Input von etwa 5,4 Millionen Tonnen pro Jahr“, sagt Janika Reineccius. „Die maximale Menge an Mikroplastik kann bis zu 8 % des gesamten sinkenden Materials ausmachen“, ergänzt Joanna Waniek.

Die beiden Wissenschaftler fanden vor allem sehr kleine Partikel, überwiegend kleiner als 0,1 mm. Mittels Raman-Spektroskopie detektierten sie folgende Kunststoffarten: Polyethylen, Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen, Polystyrol, Polyethylenterephthalat (PET), Plexiglas, Polyamid, Teflon und Copolymere aus Polyethylen und Polypropylen. Zwischen den Probenahmejahren änderte sich die Zusammensetzung der Polymere erheblich, wobei Polyethylen immer dominierte (gut 70 % der Menge aus allen Proben) und PVC (ca. 20 % der Gesamtmenge) am zweithäufigsten war; alle anderen Polymere traten nur in äußerst geringen Mengen auf.

Die Menge an Polyethylenpartikeln korrelierte eindeutig mit dem vermehrten Auftreten von winzigen lithogenen Partikeln. Aufgrund ihres Gehalts an besonderen Seltenen Erden gehen die Forscher davon aus, dass die Partikel – Gesteinsstaub und Plastik – über die Atmosphäre aus Nordostafrika und den umliegenden Regionen transportiert wurden. Für PVC, das zweithäufigste Polymer, konnte kein entsprechender Zusammenhang festgestellt werden. Stattdessen wurde eine saisonale Abhängigkeit mit hohen Einträgen im Winter und deutlich geringeren Mengen im Sommer festgestellt. Dies könnte auf saisonale Faktoren wie die Schichtung der Wassersäule, Winde, Strömungen oder Niederschläge zurückzuführen sein, sagen die Autoren.

„Um mehr Muster zu erkennen und Prozesse besser zu verstehen, muss die Langzeitbeprobung unbedingt fortgesetzt werden. Und eigentlich brauchen wir auch mehr Langzeitbeprobungsstationen“, sagen Janika Reineccius und Joanna Waniek. „Unsere Analyse ist die erste Studie weltweit, die eine Zeitreihe der marinen Mikroplastikverschmutzung zeigt und ist damit ein sehr wichtiger erster Schritt, um die Herkunft und Transportwege verschiedener Mikroplastiken in die Tiefen des offenen Ozeans zu verstehen.“

Die Studie wurde veröffentlicht in Umweltverschmutzung.

Zur Verfügung gestellt vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde