Umweltproblem Mikroplastik Verbesserte Probenvorbereitung und Analyse von Mikroplastik

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Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH

Sie sind klein und omnipräsent. Mikroplastikpartikel findet man in den entlegensten Winkeln der Erde. Um ihre Auswirkungen besser zu verstehen, ist allerdings nicht deren Vorhandensein entscheidend, eine genaue Analyse ist essentiell. Mit einer neuen Analysemethode wollen Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon nun Wechselwirkungen zwischen Mikroplastik und anderen bereits in der Umwelt vorhandenen Schadstoffen näher untersuchen.

Sie sind zwar winzig, stellen aber ein globales Problem für Mensch und Umwelt dar: Mikroplastikpartikel. Das sind Kunststoffpartikel mit einem Durchmesser zwischen einem Mikrometer und fünf Millimetern. Sie korrekt zu bestimmen, ist wegen der hohen Fehleranfälligkeit und des Zeitaufwands bisheriger Verfahren eine enorme Herausforderung. Die nun stark verbesserte Analyse dieser Partikel erfolgte mit einem neuartigen Verfahren, dem Laser Direct Infrared (LDIR) Chemical Imaging. Es wurde mit einem neuen Probenvorbereitungsprotokoll kombiniert, das mit weniger Arbeitsschritten durch chemische und enzymatische Reaktionen störende Bestandteile der Probe auflöst und in der von Dr. Daniel Pröfrock geleiteten Hereron-Abteilung Anorganische Umweltchemie für die Mikroplastikuntersuchung weiter optimiert wurde. Die chemische Charakterisierung der Mikroplastikpartikel geschieht hierbei anhand ihrer Absorption von infrarotem Licht.

Kunststofftypen von Lackpartikel bis zu PET

Dr. Lars Hildebrandt, einer der beiden Erstautoren, erklärt: „Das Gerät, das einen so genannten Quantenkaskadenlaser nutzt, stellte im Rahmen dieser Studie seine Vorzüge bei der Analyse von Mikroplastikpartikeln in Umweltproben unter Beweis. Es ist schnell und automatisierbar, was für ein zukünftiges Standardverfahren wichtig ist.“

FTIR-Analytik

Mikroplastik in Tieren und Umwelt nachweisen – aber korrekt

Im Untersuchungsgebiet wurden in oberflächennahen Wasserschichten des Indischen Ozeans im Durchschnitt 50 Mikroplastikpartikel und -fasern pro Kubikmeter Wasser gefunden, was für den offenen Ozean unerwartet hoch ist. Die am häufigsten vorkommenden Kunststofftypen waren Lackpartikel (49 Prozent), die vermutlich aus dem Abrieb von Schiffsanstrichen stammen, gefolgt von Polyethylenterephthalat (PET) mit einem Anteil von 25 Prozent. PET wird unter anderem in synthetischer Kleidung als Polyester-Mikrofasern und für die Produktion von Getränkeflaschen verwendet. Es gelangt potentiell durch das Waschen von Kleidung in die Umwelt. Mikroplastikpartikel können ebenfalls bei der Zerkleinerung von PET-Flaschen entstehen, z.B. durch mechanische Beanspruchung oder Sonnenstrahlung. In den letzten Jahren hat die Mikroplastikbelastung in der Umwelt kontinuierlich zugenommen. Es wurde mittlerweile in zahlreichen bzw. nahezu allen untersuchten Lebewesen nachgewiesen.

Wasserreinigung

Ummantelt: Wie problematisch sind Biofilme auf Mikroplastik-Partikeln?

Fadi El Gareb, der Co-Erstautor der Studie, sagt: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass viele Mikroplastikpartikel wie Polypropylen, Polystyrol und Polyethylen auf ihrem Weg von Quellen an Land in den offenen Ozean zerkleinert wurden, wodurch sie noch leichter durch Lebewesen mit der Nahrung aufgenommen werden können. Durch die Sunda-Straße, eine Meerenge zwischen Sumatra und Java, gelangt möglicherweise ein Großteil der gefundenen Plastikabfälle in den Indischen Ozean und macht diesen zu einem Hotspot in Bezug auf die Mikroplastikbelastung.“

Ein erheblicher Teil der weltweiten Plastikabfälle landet als Exportgut in angrenzenden Ländern des Indischen Ozeans. Aufgrund eines wenig wirksamen Abfallmanagements werden aus China und dem Indonesischen Archipel jährlich insgesamt fünf Millionen Tonnen Plastikmüll in die marine Umwelt eingetragen (modellbasierte Schätzung aus dem Jahre 2017).

Blick in die Zukunft

In weiteren Untersuchungen möchten die Autoren der Studie nun auch Mikroplastikkonzentrationen anderer Ozeane mit der neuen Analysemethode untersuchen. Der Hereon-Forscher Dr. Tristan Zimmermann, der im Rahmen einer anderen Studie bereits Teile des Nordatlantiks beprobte, sagt: „Wir werden noch in diesem August während einer Ausfahrt mit dem Forschungsschiff „MARIA S. MERIAN“ arktische Gewässer vor der Ostküste Grönlands beproben. Hier ist die Datengrundlage bezüglich Mikroplastikpartikeln noch sehr unzureichend.“ Die Forschenden wollen die Frage klären: Ist die Belastung durch Mikroplastik auch in abgelegenen Regionen bereits messbar und damit möglicherweise stärker als gedacht?

Originalpublikation: Lars Hildebrandt, Fadi El Gareb, Tristan Zimmermann, Ole Klein, Andreas Kerstan, Kay-Christian Emeis und Daniel Pröfrock (2022). Spatial distribution of microplastics in the tropical Indian Ocean based on laser direct infrared imaging and microwave-assisted matrix digestion; Environmental Pollution; Volume 307, 15 August 2022

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