In den letzten zehn Jahren haben immer mehr Forscher die Verschmutzung durch Plastik untersucht, eine der weltweit drängendsten Umweltgefahren. Sie haben Fortschritte gemacht, stehen aber noch vor Herausforderungen wie der Vergleichbarkeit der Ergebnisse, insbesondere im Hinblick auf Mikroplastikpartikel.
Beispielsweise gibt es keine standardisierte Probennahme- und Analysemethodik. Die meisten Studien liefern Schlussfolgerungen auf der Grundlage der Anzahl von Partikeln, als ob sie unabhängig von Größe, Volumen, Masse oder Oberfläche umweltäquivalent wären.
Ein Artikel von drei brasilianischen Forschern, veröffentlicht in Umweltwissenschaften und Umweltverschmutzungsforschung zielt darauf ab, zum Fortschritt auf diesem Gebiet beizutragen, indem es eine neue Perspektive auf die Partikelmorphologie vorschlägt.
Unter Verwendung eines theoretischen Ansatzes argumentieren die Autoren, dass die Einbeziehung morphologischer Attribute in die Analyse signifikante Unterschiede zwischen Proben von Mikroplastikpartikeln aufzeigen kann, was zeigt, dass Proben, die ursprünglich als gleichwertig angesehen wurden, weil sie die gleiche Anzahl von Partikeln enthalten, aufgrund von Variationen in der Partikelgröße tatsächlich unterschiedliche Umweltauswirkungen haben und Form.
Mikroplastikpartikel (MPs) sind künstliche Polymere mit einer Länge zwischen 0,001 und 5,0 Millimetern oder 1-5.000 Mikrometern (μm) und kommen in allen Arten von Umgebungen vor. In Brasilien wurden nur wenige Studien zur Verschmutzung durch MP veröffentlicht, insbesondere in Bezug auf Binnengewässer.
„Die meisten Untersuchungen, die zu MPs durchgeführt wurden, geben die Anzahl der Partikel in Bezug auf die für den Probentyp angenommene Einheit an, die vom Volumen im Fall von Wasser bis zur Masse reicht, wenn die Analyse Boden und Sediment umfasst, und Individuen für Biota. Wir untersuchen MPs seit mehreren Jahren im Labor und haben bestätigt, dass die Größe wichtig ist und einen Unterschied macht. Wir messen die Partikelgröße in allen Proben. In dieser Studie haben wir Proben mit einer ähnlichen Anzahl von MPs, aber erheblichen Abweichungen gefunden Partikelgröße und sehr unterschiedliche Grade der Plastikverschmutzung basierend auf Partikelmasse und -volumen“, sagte Décio Semensatto, Erstautor des Artikels, gegenüber Agência FAPESP. Er ist Professor am Institute of Environmental, Chemical and Pharmaceutical Sciences (ICAQF-UNIFESP) der Federal University of São Paulo.
Die anderen Autoren des Artikels sind Professor Geórgia Labuto und Cristiano Rezende Gerolin, ein ehemaliger Forscher bei UNIFESP.
Laut Semensatto stellt die Gruppe gerade einen Artikel über den Guarapiranga-Stausee fertig, eine Trinkwasserquelle für São Paulo und zwei nahe gelegene Städte, Itapecerica da Serra und Embu-Guaçu. „Wir haben Proben in der Regen- und Trockenzeit gesammelt und mehr MPs in einer Jahreszeit als in der anderen gefunden, mit einem noch größeren Unterschied in Bezug auf die Masse und das Gesamtvolumen des Kunststoffs jeder Probe. Die Verwendung von nur der Anzahl von Partikeln als Parameter konzentriert sich auf nur eine Dimension und ignoriert die Tatsache, dass unterschiedliche Partikelgrößen unterschiedliche Auswirkungen auf Ökosysteme haben“, sagte er.
Vergleiche
Dem aktuellen Artikel zufolge analysierten die Forscher sieben Proben mit jeweils 100 MP. Diese würden auf der Grundlage herkömmlicher Verschmutzungsmetriken als gleichwertig angesehen. Die durchgeführten Vergleiche zeigten jedoch, dass ihre Auswirkungen auf die Umwelt sehr unterschiedlich sein würden. In einer Probe waren die MPs hinsichtlich Volumen, Masse und spezifischer Oberfläche größer. Es hatte daher mehr Kunststoff als die anderen und würde wahrscheinlich zu einer größeren Anzahl noch kleinerer Partikel führen, wenn es durch physikalischen und chemischen Abbau abgebaut wird.
In einem anderen Vergleich analysierten sie Proben mit 100 MP bzw. 10 MP und stellten fest, dass, wenn nur die Anzahl der Partikel betrachtet würde, die Schlussfolgerung wäre, dass erstere zehnmal mehr Plastik enthielten als letztere, obwohl beide die gleiche Gesamtmasse und hatten Kunststoffvolumen, während Partikelgröße und spezifische Oberfläche bei ersterem größer waren.
Die Autoren beleuchten auch die Frage der Morphologie oder Partikelform. Proben, die Fasern enthielten, hatten zum Beispiel weniger Volumen, Masse und Oberfläche.
„Wir untersuchen auch die Frage der spezifischen Oberfläche, die von großer Bedeutung ist, insbesondere wenn MPs als Träger anderer Schadstoffe wie Metalle oder Pharmazeutika untersucht werden“, sagte Semensatto. „Die Partikelgröße beeinflusst die für die Adsorption dieser Schadstoffe verfügbare Oberfläche. Darüber hinaus bilden MPs auch eine Plastisphäre, die als Substrat für Organismen dient und diese Organismen in andere Umgebungen ausbreitet, mit Folgen für die globale Gesundheit.“
Die Plastisphäre ist die Gemeinschaft von Bakterien, Pilzen, Algen, Viren und anderen Mikroorganismen, die sich entwickelt haben, um von künstlichem Kunststoff zu leben.
„Durch die Betrachtung von Partikelvolumen, Masse und spezifischer Oberfläche können wir besser verstehen, wie MP Gewässer verschmutzen und andere für die Verschmutzung verantwortliche Stoffe transportieren, einschließlich Mikroorganismen“, sagte Semensatto. „Die Analyse aller Attribute von Proben bringt neue Möglichkeiten ins Blickfeld und erweitert die Vergleichbarkeit der Ergebnisse.“
Das enorme Ausmaß des Problems
Die weltweite Kunststoffproduktion erreichte 2017 348 Millionen Tonnen, gegenüber nur 2 Millionen Tonnen im Jahr 1950. Die globale Kunststoffindustrie wird auf 522,6 Milliarden US-Dollar geschätzt, und ihre Kapazität soll sich laut einem Bericht von The Pew Charitable bis 2040 verdoppeln Trusts und SystemIQ in Partnerschaft mit den Universitäten Oxford und Leeds im Vereinigten Königreich.
Die Kunststoffproduktion und -verschmutzung beeinträchtigen die menschliche Gesundheit und heizen die Treibhausgasemissionen an. Plastik kann von mehr als 800 Meeres- und Küstenarten aufgenommen werden oder Unfälle mit ihnen verursachen. Etwa 11 Millionen Tonnen Plastikmüll gelangen jedes Jahr in die Ozeane.
Im Jahr 2022 verabschiedeten 175 in der UN-Generalversammlung vertretene Länder eine historische Resolution, um bis 2024 eine rechtsverbindliche Verpflichtung zur Beendigung der globalen Plastikverschmutzung zu unterzeichnen. Zu diesem Zweck richteten sie einen zwischenstaatlichen Verhandlungsausschuss ein, der im Dezember seine erste Sitzung abhielt.
„Mit dieser Studie wollten wir zu den akademischen Bemühungen beitragen, Routinen und Methoden für den Umgang mit Plastikverschmutzung zu entwickeln“, sagte Semensatto. „Unser Artikel schlägt eine Diskussion innerhalb der akademischen Gemeinschaft vor. Der Vorschlag steht zur Debatte. Wir laden andere Wissenschaftler ein, MPs zu messen und ihre morphologischen Eigenschaften als Beitrag zur Diskussion ihrer Bedeutung für die Umwelt zu melden.“
In diesem Zusammenhang arbeitet eine mit Semensatto verbundene Gruppe bei UNIFESP mit der São Paulo State Environmental Corporation (CETESB) zusammen, um Protokolle für das Sammeln von Wasserproben und die Analyse von MPs in der Küstenregion des Bundesstaates zu entwickeln. Das Hauptziel besteht darin, einen Weg zu finden, die Ergebnisse zu vergleichen, damit die Abgeordneten Teil der kontinuierlichen Umweltüberwachung werden können, was sie derzeit in São Paulo nicht sind.
Dieses Projekt wird unter der Schirmherrschaft von Rede Hydropoll durchgeführt, einem Netzwerk von Forschern an verschiedenen Institutionen, die sich mit der Untersuchung der Verschmutzung von Wasserquellen befassen.
Mehr Informationen:
Décio Semensatto et al, Die Bedeutung der Integration morphologischer Eigenschaften von Mikroplastik: eine theoretische Diskussion zur Bewertung der Umweltauswirkungen, Umweltwissenschaften und Umweltverschmutzungsforschung (2022). DOI: 10.1007/s11356-022-24567-4