Transporteigenschaften von Teilchen Formfrage bei Mikroplastik: Wie sich Partikel im Fluss verhalten

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Mikroplastik ist nicht gleich Mikroplastik – die Form spielt eine wesentliche Rolle, etwa bei der Verteilung in der Umwelt. Bislang werden in Laborexperimenten meist kugelförmige Teilchen genutzt, um Transporteigenschaften zu erforschen. Doch das greift zu kurz, wie eine Studie der Uni Bayreuth zeigt.

Mikroplastik in Flüssen ist ein Problem. Und es ist komplexer als angenommen. Bislang galt die Annahme, dass alle Mikroplastikpartikel unabhängig von ihrer Form ähnliche Transporteigenschaften aufweisen – und sich ihre Bewegung im Wasser somit vergleichsweise einfach modellieren lässt. Doch die Realität ist wie so oft komplizierter. Denn eine Studie von Forschern der Universität Bayreuth hat nun gezeigt, dass sich Mikroplastik je nach Form der Fragmente und Fasern tatsächlich unterschiedlich in Gewässern verhält. Damit verändert sich die Einschätzung, wie stark Lebewesen Mikroplastik ausgesetzt sind – ein entscheidender Aspekt für eine Risikobewertung der Umweltbelastung mit Mikroplastik.

Chronische Erkrankungen durch Mikroplastik?

Neue Methode lokalisiert Mikroplastik in Körpergewebe

Fluss-Systeme bisher wenig untersucht

Das Eindringen von Mikroplastik in aquatische Systeme ist schon lange ein Problem: Als allgegenwärtiger Stoff gefährdet Mikroplastik die Wasserqualität und damit die Biodiversität, potenziell sogar die menschliche Gesundheit. Das Verhalten und der Verbleib von Mikroplastik im Wasser sind allerdings nur unzureichend verstanden. Bislang lag der Fokus von Studien auf Ozeanen und großen Gewässern, während Fluss-Systeme weniger untersucht wurden. Zudem verwendeten Wissenschaftler in den Studien typischerweise kugelförmige Mikroplastikteilchen als Modell, obwohl in der Umwelt meist andersförmige Partikel wie Fragmente und Fasern vorkommen.

Doch welchen Einfluss hat die Form von Mikroplastik auf sein Verhalten in Flüssen? Diese Frage hat das Team des Sonderforschungsbereichs Mikroplastik der Universität Bayreuth nun untersucht.

Fließrinne simuliert natürliche Flussbedingungen

Die Bayreuther Forschenden haben das unterschiedliche Verhalten von in der Natur häufig vorkommenden Mikroplastikfragmenten und -fasern im Vergleich zu kugelförmigen Mikroplastikteilchen näher analysiert. Diese Kügelchen verwenden Wissenschaftler üblicherweise in ihren Studien zu Mikroplastik. Hierfür hat das Team um Erstautor Marco La Capra, Doktorand am Lehrstuhl für Hydrologie der Universität Bayreuth und Mitglied des Sonderforschungsbereichs Mikroplastik, in einem kontrollierten Laborumfeld natürliche Flussbedingungen mithilfe einer so genannten Fließrinne nachgebaut: In einem transparenten Kanal mit naturgetreuem Sediment leitet ein Pumpsystem kontinuierlich Wasser durch die Fließrinne. Die Forschenden können so die Strömungsstärke exakt einstellen.

„Im Versuchsaufbau haben wir verschiedenförmiges Mikroplastik in variierenden Fließgeschwindigkeiten und mit verschiedenen Sedimentbett-Zusammensetzungen untersucht“, sagt La Capra. „Damit konnten wir ein breites Spektrum fluvialer Lebensräume nachahmen – von reißenden Gebirgsbächen bis zu Tieflandflüssen. So konnten wir mit unseren Messinstrumenten die komplexen Zusammenhänge von hydrodynamischen Kräften, Partikelauftrieb und Turbulenzen erfassen.“

Kunststoffbeads in allen untersuchten Probestellen

So viele Mikroplastik-Beads fließen im Rhein

„Die Studie zeigt eindeutig, dass sich Fasern – die einen erheblichen Anteil des in aquatischen Umgebungen vorkommenden Mikroplastiks ausmachen – in ihrem Verhalten von anderen Partikelformen unterscheiden, ein Aspekt, den wir erst beginnen zu verstehen“, ergänzt Dr. Sven Frei von der Wageningen University & Research in den Niederlanden, und assoziierter Wissenschaftler am Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung der Universität Bayreuth.

Die Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt hin zu einer schlüssigen Risikobewertung von Mikroplastik für die Umwelt und letztendlich für den Menschen, da das Verhalten von Mikroplastik bedingt, wo Organismen mit den Partikeln in Berührung kommen.

Fasern verankern sich im Sediment, Fragmente dringen ein

Die Studienergebnisse zeigen: je nach Oberflächenbeschaffenheit der Partikel ändert sich auch ihr Verhalten in und am Sediment. So lagern sich kugelförmige Partikel so gut wie gar nicht in und am Sediment ab und der Wasserstrom transportiert sie direkt weiter. Fragmente dringen dagegen ins Sediment ein und gelangen je nach Art des Sediments tiefer hinein oder werden schneller wieder ausgespült. Fasern wiederum lagern sich am Sediment an und können sich dort bis zu gewissen Strömungsstärken verankern. Das bedeutet, dass beispielsweise bei Hochwasser-Ereignissen eine deutlich erhöhte Mikroplastikfreisetzung aus dem Sediment stattfinden kann und deshalb die Belastungsprognosen für die Umwelt neu bewertet werden müssen, als bisher durch die Laborstudien angenommen.

„Durch die Ergebnisse der Studie zeigt sich, dass Mikroplastik nicht als homogene Stoffgruppe betrachtet werden kann, sondern durch ihre extrem vielseitigen Eigenschaften und Beschaffenheiten immer im Einzelfall untersucht werden muss, was die Komplexität der Forschung und die noch vielen offenen, aber dringenden Fragen, gerade in Hinsicht auf Gefahren für Mensch, Natur und Umwelt verdeutlicht“, stellt Prof. Dr. Christian Laforsch klar, Inhaber des Lehrstuhls Tierökologie der Universität Bayreuth und Sprecher des Sonderforschungsbereichs Mikroplastik.

Originalpublikation: Marco La Capra, Daniel Wagner, Seema Agarwal, Jan H. Fleckenstein & Sven Frei. Mobility and retention of microplastic fibers and irregular plastic fragments in fluvial systems: an experimental flume study, Microplastics and Nanoplastics, Springer Nature (2025); DOI: 10.1186/s43591-025-00165-2

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