Eine vom Monterey Bay Aquarium und MBARI (Monterey Bay Aquarium Research Institute) geleitete Forschung stellt eine neue, frei zugängliche Raman-Spektrenbibliothek bereit, die verwendet werden kann, um molekulare „Fingerabdrücke“ von Partikeln zu erkennen und Quellen der Meeresverschmutzung durch Plastik besser aufzuspüren. Veröffentlicht in Wissenschaftliche Datenbietet die Studie Wissenschaftlern eine umfangreichere kostenlose Ressource als bisher verfügbar. Es fügt 42 Polymertypen hinzu, die nicht in anderen Open-Access-Bibliotheken enthalten sind, und ist das erste, das Polymere aus Nicht-Kunststoffpartikeln wie Seegras, Muscheln und tierischem Gewebe enthält, um Fehlidentifikationen zu verhindern und die Genauigkeit der Ergebnisse zu verbessern.
Die Studie erstellt eine Bibliothek von Polymertypen, um aktuelle und neu entdeckte Plastikschadstoffe abzugleichen. Aquarienforscher stellen sich vor, dass andere Wissenschaftler Open-Access-Bibliotheken mit immer mehr Polymertypen aufbauen und nutzen, um die globale Plastikverschmutzungskrise besser zu verstehen und anzugehen.
„Die Verschmutzung der Ozeane durch Plastik ist ein globales Problem, bei dessen Lösung eine internationale Gemeinschaft von Wissenschaftlern helfen muss. Wissenschaftler müssen zunächst Mikroplastik identifizieren, um Empfehlungen zu geben, wie die einzelnen Verschmutzungspfade verhindert werden können“, sagte die Hauptautorin Emily Miller, Senior Research Fellow am Monterey Bay Aquarium , „Viele Forscher können sich den Zugang zu den für die Identifizierung erforderlichen Kunststoff-Spektrenbibliotheken nicht leisten, und ihre kritische Arbeit wird blockiert. Wir wollten keine Barriere für andere schaffen, also hat unser Team diese Spektrenbibliothek absichtlich allen zugänglich gemacht.“
Die Identifizierung von Mikroplastikpartikeln ist nicht so einfach, wie es sich anhört. Selbst unter Verwendung eines Mikroskops kann es schwierig sein, zwischen einer Kunststofffaser und einer organischen Faser zu unterscheiden. Forscher in der Studie verwendeten Raman-Spektroskopie, um kleine unbekannte Materialien zu identifizieren. Unter Verwendung eines Lasers, der auf Probenmaterial gerichtet wird, streut das Licht basierend auf seiner chemischen Struktur und erzeugt einen einzigartigen molekularen Fingerabdruck. Dieser Fingerabdruck wird dann mit denen bekannter Kunststoffe in einer Bibliothek abgeglichen, um das Material zu identifizieren.
Die Wissenschaftler bauten dann die Bibliothek auf, die die Identifizierung von über vierzig Arten von Kunststoffen ermöglichte. Die meisten Daten konzentrieren sich auf küstennahe Systeme des Pazifischen Ozeans und umfassen Kunststoffe, die mit Landwirtschaft und Fischerei an der Küste in Verbindung stehen.
Die Bibliothek umfasst sowohl neue als auch verwitterte Kunststoffe und biologische Nichtzielpolymere, die üblicherweise in Meeresumgebungen vorkommen, um eine falsche Identifizierung zu vermeiden.
Insgesamt trägt die Studie 24 neue Kunststofftypen und 18 biologische Typen bei, die in früheren Datenbanken nicht enthalten waren. Zwei dieser neu beigesteuerten Kunststoffarten stammen aus Meeresfanggeräten.
Eine Studie aus dem Jahr 2019 unter der Leitung von Monterey Bay Aquarium und MBARI verwendete ebenfalls die Raman-Spektroskopie, um zu zeigen, dass Mikroplastikverschmutzung in fast jedem marinen Lebensraum auf der Erde zu finden ist. Wissenschaftler schätzen, dass jedes Jahr weltweit mehr als neun Millionen Tonnen Plastik vom Land ins Meer gelangen. Um die globale Plastikverschmutzungskrise zu lösen, müssen wir die Arten von Plastik in den Ozeanen und anderen Umgebungen identifizieren. So kann festgestellt werden, woher das Plastik kommt und wie es in die Umwelt gelangt ist.
Da jedes Jahr nur neun Prozent des Kunststoffs recycelt werden und Kunststoffmaterialien Wildtieren wie Meeresschildkröten, Meeressäugetieren und Seevogelarten schaden, kann diese Studie dazu beitragen, die Bemühungen rund um den Globus zur Vermeidung von Plastikverschmutzung zu priorisieren.
Die frei zugängliche Bibliothek dient nicht nur als wichtige Datenbank, sondern kann auch Barrieren für Schlüsselinformationen wie teure Paywalls beseitigen, damit alle Wissenschaftler gemeinsam an einem Verständnis und einer Lösung des globalen Problems der Plastikverschmutzung arbeiten können.
Diese Bibliothek wird auch Forschern helfen, Wissenslücken über Mikroplastikquellen zu schließen, auf die im Bericht der National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine von 2021 hingewiesen wurde, „Abrechnung mit der Rolle der USA im globalen Ozean-Plastikabfall„.
„Das Aquarium setzt sich dafür ein, die Plastikverschmutzungskrise anzugehen, um die Gesundheit unserer Ozeane und unseres Planeten zu verbessern“, sagte Aimee David, Vizepräsidentin von US & California Ocean Conservation im Monterey Bay Aquarium. „Wir brauchen die beste Wissenschaft, um die besten Lösungen zu entwickeln und den Fortschritt von der lokalen auf die internationale Ebene voranzutreiben, einschließlich der Schaffung eines neuen globalen Abkommens über die Verschmutzung durch Plastik neue Raman-Spektrenbibliothek, um die Meeresverschmutzung mit ihren Quellen auf der ganzen Welt in Verbindung zu bringen.“
Mehr Informationen:
Emily A. Miller et al., Eine Raman-Spektren-Referenzbibliothek potenzieller anthropogener und biologischer Ozeanpolymere, Wissenschaftliche Daten (2022). DOI: 10.1038/s41597-022-01883-5