Nordöstliche Forscher fanden im Jahr 2021 heraus, dass eine Schätzung 4 Millionen bis 10 Millionen Tonnen Jedes Jahr gelangt Plastikkohlenstoff in den Ozean. Ein Großteil davon schwebt schließlich in subtropischen Strömungen.
Jetzt haben die Forscher unter der Leitung von Northeastern-Professor Aron Stubbins untersucht, was passiert, wenn die Kunststoffe zerfallen.
„Wir haben herausgefunden, dass Hunderte von Chemikalien entstehen, wenn Kunststoffe im Sonnenlicht abgebaut werden“, sagt Stubbins, Professor für Meeres- und Umweltwissenschaften, Bau- und Umweltingenieurwesen sowie Chemie und chemische Biologie an der Northeastern. „Dies könnte Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf und die Meereschemie des Ozeans sowie mögliche Folgen für die menschliche Gesundheit haben.“
Kunststoffe sind Polymere, die aus langen Kohlenstoffketten bestehen, die sie fest machen, sie aber auch hydrophob machen, also nicht in Wasser löslich machen. Daher treiben sie oft im Meer. Drei Kunststoffe – Polyethylen, Polypropylen und expandiertes Polystyrol – sind im Meer besonders häufig anzutreffen. Sie machen zusammen etwa 70 % der weltweit produzierten Kunststoffe aus.
Besonders häufig kommen Polyethylen und Polypropylen auch in subtropischen Wirbeln vor, wo die Meeresströmungen so zirkulieren, dass sich schwimmende Materialien in einer Art Fleck ansammeln. (Expandiertes Polystyrol wird schließlich durchnässt und sinkt, so dass es normalerweise nicht über Küstengewässer hinaus gelangt, bemerkt Stubbins.)
Und auch wenn wir von Kunststoffen hören, die Hunderte von Jahren haltbar sind, heißt das nicht, dass Kunststoffe überhaupt nicht abgebaut werden – insbesondere, wenn sie den intensiven ultravioletten Strahlen der Sonne ausgesetzt werden, die auf die subtropischen Ozeane brennt.
Also machten sich Stubbins und die Postdoktorandin Lixin Zhu daran, herauszufinden, welche Chemikalien bei diesem Photoabbau von Polyethylen, Polypropylen und expandiertem Polystyrol entstehen.
Dazu sammelten sie Mikroplastik aus dem Meer und schnitten andere im Laden gekaufte Plastikbehälter wie eine Shampooflasche und einen Lebensmittelbehälter in drei Millimeter große Stücke. Sie versiegelten diese in Quarzgläsern (Glas blockiert UV-Strahlen; deshalb bekommen wir keinen Sonnenbrand, wenn wir am Fenster sitzen, bemerkt Stubbins), die zur Hälfte mit Meerwasser gefüllt waren, das aus dem Südatlantik gesammelt wurde.
Anschließend maßen die Forscher die Menge an Kunststoffen und die Chemie des gelösten organischen Kohlenstoffs in den Gläsern.
Einige der Proben wurden dann im Dunkeln und andere im Licht unter ein von Stubbins beschriebenes Solarium gelegt. Nach zwei Monaten maßen die Forscher erneut die Menge an Kunststoffen und die Chemie des gelösten organischen Kohlenstoffs in den Gläsern.
Sie fanden heraus, dass sich in den unter Licht gehaltenen Gläsern weniger Plastik und mehr gelöster organischer Kohlenstoff befanden, was darauf hindeutet, dass das Sonnenlicht begonnen hatte, die Kunststoffe in neue chemische Produkte aufzulösen.
„Der Verlust von Kunststoffen im Sonnenlicht ist wichtig, da einige Leute vorgeschlagen haben, die Meeresoberfläche zu reinigen, um Mikroplastik zu entfernen“, sagt Stubbins. „Aber diese Forschung legt nahe, dass das Sonnenlicht innerhalb weniger Jahrzehnte kleinere Mikroplastiken aus den Oberflächengewässern entfernen könnte, wenn wir die Einbringung von Kunststoffen in die Ozeane stoppen könnten.“
„Wir müssen jedoch auch wissen, was mit den Chemikalien passiert, die Kunststoffe im Sonnenlicht produzieren, und deshalb haben wir auch die Chemie des gelösten organischen Kohlenstoffs untersucht – der molekularen Suppe, die entsteht, wenn sich Kunststoffe im Meerwasser auflösen“, fährt Stubbins fort.
Stubbins fand heraus, dass sich aus den dem Licht ausgesetzten Kunststoffen 319 bis 705 chemische Produkte bildeten.
Das expandierte Polystyrol zerfiel und produzierte „eine größere Vielfalt an Chemikalien“ als Polyethylen und Polypropylen.
„Sobald man sie – insbesondere Polystyrol – photochemisch abbaut, können sich die Chemikalien rekombinieren und Hunderte verschiedener Chemikalien produzieren“, sagt Stubbins.
Und Stubbins sagt, dass diese zusätzlichen Chemikalien aus Kunststoffen Auswirkungen haben könnten.
Erstens verändern sie möglicherweise die Chemie der Meeresumwelt, insbesondere die Zusammensetzung einer „Mikroschicht“ auf der Oberfläche der Weltmeere, die eine wichtige Rolle beim Materialaustausch – einschließlich Aerosolen, Chemikalien und Spurengasen – zwischen der Atmosphäre und der Atmosphäre spielt Ozean.
„Die Mikroschicht bedeckt den gesamten Ozean, der 70 % der Erdoberfläche ausmacht“, bemerkt Stubbins. „Wenn man die Chemie dieser Schicht verändert, verändert man die Barriere zwischen Meer und Luft und verändert den Stoffaustausch, einschließlich klimaaktiver Gase.“
Zweitens: Während viele der gelösten Chemikalien, die beim Abbau von Kunststoffen entstehen, von Mikroorganismen verbraucht werden, ist dies bei einigen nicht der Fall und kann sogar das Bakterienwachstum hemmen.
„Es könnte die mikrobielle Ökologie verändern“, sagt Stubbins.
Die Untersuchung dieser beiden potenziellen Auswirkungen ist einer der nächsten Schritte der Forschung. Darüber hinaus untersuchen die Forscher einige der einzelnen produzierten Chemikalien und die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen, die beim Abbau der Kunststoffe ablaufen.
Unterdessen produzierten Polypropylen und Polyethylen gelöste Fettsäuren, die „dem Ausgangsmaterial ähnelten“, sagt Stubbins. Diese Chemikalien können jedoch von Mikroorganismen im Meer als Nahrung genutzt werden.
„Heute wissen wir, dass Kunststoffe überall auf der Erde vorkommen, und zu verstehen, wie sie sich auf dem Planeten bewegen und wie sie abgebaut werden, ist wichtig, wenn man verstehen will, wie wir und andere Organismen ihnen ausgesetzt sind“, sagt Stubbins.
Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Northeastern Global News erneut veröffentlicht news.northeastern.edu.