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Warum Plastikpartikel trotz geringer Dichte im Meer versinken

Mikroplastik auf Tauchgang

| Autor/ Redakteur: Lisa Wolf* / Christian Lüttmann

Kristallklares Wasser existiert nur in Urlaubskatalogen. Bei genauer Untersuchung wimmelt es im Ozean von kleinsten Partikeln: aufgewirbelter Sand, abgestorbene Planktonüberreste – und mittlerweile auch Mikroplastik. Forscher des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung haben in einer neuen Studie nun untersucht, warum die kleinen Plastikfragmente nicht ewig auf der Wasseroberfläche treiben, sondern auch in tiefere Wasserschichten absinken.

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Von Bakterien und Mikroalgen auf einer Plastikoberfläche in Wasser aus der Kieler Förde gebildeter Biofilm. Die Aufnahme wurde mit Konfokaler Laserrastermikroskopie angefertigt.
Von Bakterien und Mikroalgen auf einer Plastikoberfläche in Wasser aus der Kieler Förde gebildeter Biofilm. Die Aufnahme wurde mit Konfokaler Laserrastermikroskopie angefertigt.
(Bild: Jan Michels/Future Ocean)

Kiel – In den Ozeanen existiert eine Vielzahl von Partikeln biologischen Ursprungs, zu denen beispielsweise lebende und abgestorbene Planktonorganismen und deren Ausscheidungen gehören. Diese so genannten biogenen Partikel interagieren miteinander und bilden häufig in tiefere Wasserschichten absinkende Klumpen oder wissenschaftlich korrekt: Aggregate. Neben diesen natürlichen Partikeln befindet sich seit einiger Zeit eine große Menge von Plastikpartikeln mit einer Größe von weniger als fünf Millimetern, also Mikroplastik, in den Ozeanen.

Wieso verschwindet das Plastik von der Wasseroberfläche?

Ständig gelangt neues Mikroplastik über die Flüsse und durch den Zerfall von größerem Plastikmüll in die Ozeane und driftet dann aufgrund der relativ geringen Dichte vieler Plastikarten an der Wasseroberfläche. Doch den Geomar-Forschern zufolge sind die Mikroplastik-Konzentrationen an der Oberfläche der Ozeane oft geringer als erwartet. Außerdem wurde in den vergangenen Jahren mehrfach Mikroplastik in Tiefseesedimenten gefunden.

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Was geschieht mit dem Mikroplastik in der Oberflächenschicht? Wie gelangt es in große Wassertiefen? „Unsere Hypothese lautete, dass Mikroplastik gemeinsam mit den biogenen Partikeln im Meerwasser Aggregate bildet, in denen es dann möglicherweise in tiefere Wasserschichten absinkt“, erläutert Dr. Jan Michels, Mitglied im Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“ und Erstautor der neuen Studie.

Aggregatbildung durch biogene Partikel

Um ihre Hypothese zu überprüfen, führten die Forschenden Laborexperimente mit 700 bis 900 Mikrometer großen Kügelchen aus Polystyrol durch. Dabei verglichen sie, welches Verhalten die Kügelchen bei Anwesenheit oder Abwesenheit von biogenen Partikeln zeigen. Die Experimente lieferten ein eindeutiges Ergebnis: „Das Vorhandensein von biogenen Partikeln war entscheidend für die Aggregatbildung. Während Mikroplastikpartikel alleine nur wenig aggregierten, bildeten sie zusammen mit biogenen Partikeln innerhalb weniger Tage ziemlich ausgeprägte und stabile Aggregate“, beschreibt Prof. Dr. Anja Engel, Leiterin der Arbeitsgruppe am Geomar. Nach zwölf Tagen befanden sich im Durchschnitt 73 Prozent des Mikroplastiks in Aggregaten.

Biofilme verstärken zusätzlich das Verkleben von Mikroplastik

„Zusätzlich vermuteten wir, dass Biofilme, die sich auf der Oberfläche des Mikroplastiks befinden, eine Rolle bei der Aggregatbildung spielen“, erklärt Michels. Solche Biofilme werden von Mikroorganismen, vor allem von Bakterien und einzelligen Algen, gebildet, und sind relativ klebrig. Um ihren Einfluss auf die Aggregation zu untersuchen, wurden vergleichende Experimente mit gereinigten Plastikkügelchen und solchen, die mit einem Biofilm überzogen waren, durchgeführt. „Das von einem Biofilm überzogene Mikroplastik bildete zusammen mit biogenen Partikeln bereits nach wenigen Stunden erste Aggregate, deutlich früher und schneller als das zu Beginn der Experimente gereinigte Mikroplastik“, beschreibt Michels. Im Durchschnitt 91 Prozent des mit Biofilm überzogenen Mikroplastiks waren nach drei Tagen in die Aggregate integriert.

LP-Dossier Mikroplastik In unserem Dossier „Mikroplastik“ haben wir für Sie weitere Forschungsvorhaben und -erkenntnisse zum Thema Mikroplastik zusammengefasst.

„Ist Mikroplastik mit einem Biofilm überzogen und sind gleichzeitig biogene Partikel vorhanden, bilden sich im Labor also sehr schnell stabile Aggregate aus Mikroplastik und biogenen Partikeln“, fasst Michels zusammen. In vielen Regionen der Ozeane ist das Vorhandensein von zahlreichen biogenen Partikeln und von Biofilmen auf dem Mikroplastik vermutlich eine typische Situation. „Deshalb spricht vieles dafür, dass die Aggregationsprozesse, die wir in unseren Laborexperimenten beobachtet haben, auch in den Ozeanen stattfinden und dort großen Einfluss auf den Transport und die Verteilung von Mikroplastik nehmen“, erklärt Prof. Dr. Kai Wirtz, der im Helmholtz-Zentrum Geesthacht arbeitet und an dem Projekt beteiligt war. Dies könnte in Zukunft durch das gezielte Sammeln von Aggregaten in den Ozeanen und eine anschließende systematische Suche nach Mikroplastik weiter überprüft werden.

Originalpublikation: Michels J, Stippkugel A, Lenz M, Wirtz K, Engel A.: Rapid aggregation of biofilm-covered microplastics with marine biogenic particles. Proc. R. Soc. B, 29 August 2018, Volume 285, issue 1885; DOI: 10.1098/rspb.2018.1203

* L. Wolf, Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, 24148 Kiel

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