Mikroplastik könnte an der Basis der Nahrungskette ansetzen

Wie gut sind die Nachweismethoden und wie relevant die ökologischen Folgen. Zum Stand der Forschung: Dr. Mark Lenz (GEOMAR) - Teil 1 des Interviews.

Fast alle Staaten der Erde haben eigene Küstenabschnitte. Der Bevölkerungsdruck gerade in unmittelbarer Nähe zum Meer und an Flussläufen ist enorm. So leben annähernd 2 Milliarden Menschen in weniger als 50 Kilometer Entfernung zum Meer. Dies bringt gewaltige Mengen Müll mit sich, ein steigender Anteil davon ist Plastikmüll, der biologisch überhaupt nicht abbaubar ist. Allenfalls zerfällt er allmählich in winzigste Partikel. Einmal in größeren Tiefen gelangt, konserviert das Meer den Plastikmüll, geschützt vor Licht und Wärme. Sofern keine Maßnahmen ergriffen werden, könnten sich die Mengen an Plastikmüll bis 2025 sogar verzehnfachen. Entgegen der allgemeinen Wahrnehmung trägt auch Kleidung aus synthetischen Fasern zum Mikroplastikmüll bei. Mikroplastik verlässlich nachzuweisen, ist für die Wissenschaft keine leichte Aufgabe.

Dr. Mark Lenz forscht zu den ökologischen Folgen von Mikroplastik für Meeresorganismen am GEOMAR. Im ersten Teil des Interviews erläutert er, mit welchen Methoden die Wissenschaft dem Plastikmüll im Meer auf der Spur ist, welche chemischen Auswirkungen vermutet werden und mit welchen Mengen aktuell gerechnet wird. Der zweite Teil des Interviews erscheint in der kommenden Woche und zeigt mögliche Handlungsstrategien auf.

1. Herr Dr. Lenz, was sind für Sie die Meilensteine in der Erforschung von Plastikmüll in den vergangenen Jahren?
Das war unter anderem die Studie1 von Jenna Jambeck und ihren Mitautoren. Sie haben versucht die Menge an Plastikmüll zu berechnen, die pro Jahr weltweit vom Land aus ins Meer gelangt. Diese Zahlen gab es vorher noch nicht. Sie hatten wenige Ausgangspunkte für ihre Forschung. Dazu zählten beispielsweise Daten von Flussabläufen. Bei vier oder fünf Flüssen war bekannt, wieviel Plastikmüll pro Jahr ins Meer gelangt. Und von dort wurde auf die ganze Erde hochgerechnet, verbunden mit Bevölkerungszahlen, Müllmengen in bestimmten Ländern bis hin zu den Müllentsorgungssystemen in den einzelnen Ländern. Das war natürlich ambitioniert und auch ein wenig konstruiert, denn man kann diese Form der Quantifizierung nicht an allen Orten der Welt vornehmen. Es war jedoch wichtig, erste Zahlen zu erhalten. Vorher gab es nur Schätzungen, vor allem zu Müll, den man treibend auf der Meeresoberfläche findet. Das Problem ist aber: Den Großteil des Plastiks sieht man gar nicht. Und gerade hier gibt es große Diskrepanzen. Jambeck et al. haben ausgerechnet, dass pro Jahr zwischen 5 und 13 Mio. Tonnen ins Meer gelangen. Wahrscheinlich liegt die wahre Zahl eher am oberen Ende dieses Spektrums. Studien zum Vorkommen von Plastikmüll an der Meeresoberfläche kommen in ihren Hochrechnungen auf maximal 250.000 Tonnen weltweit, also nicht einmal ein Zehntel! Da stellt sich natürlich die Frage: Wo ist der ganze Rest? Das ist eine der großen ungelösten Fragen. Ich vermute, es befindet sich irgendwo auf dem Meeresboden, denn wo soll es sonst sein? Hier wissen wir jedoch noch viel weniger, gerade die Tiefsee ist noch unbekanntes Terrain.


2. Welche großen Rätsel treiben die Forscher heute um? Was sind die wichtigsten Fragen, wenn es Plastikmüll im Meer geht?
Was uns am GEOMAR primär interessiert, sind die Auswirkungen des Mikroplastiks. Der Plastikmüll im Meer fragmentiert unter chemischen und physikalischen Einflüssen und wird dadurch immer kleiner. Wir kennen die Folgen des großen Plastikmülls heute relativ gut. Sie sind dramatisch, wenn man sich die Seevögel, Fische oder Meeressäuger anschaut, die damit in Kontakt kommen. Die Tiere können beispielsweise verenden, wenn sie das Plastik schlucken. Das betrifft größeren Plastikmüll. Bis dato lässt sich jedoch kaum abschätzen, wie sich kleine Plastikpartikel auf die Lebenswelt im Meer auswirken. Der große Plastikmüll setzt oben in der Nahrungskette an, bei den Top-Räubern. Das Mikroplastik jedoch hat das Potenzial, an der Basis der Nahrungskette anzusetzen – bei Planktonorganismen beispielsweise, bei Filtrierern wie Muscheln oder bei Sedimentfressern wie zum Beispiel Wattwürmern.


3. Was kann dann passieren?
Diese Lebewesen sind immens wichtig für marine Ökosysteme. Sie schaffen Habitate und erfüllen wichtige Ökosystemfunktionen. Und sie sind wichtige Nahrungsorganismen für andere Tiere und für uns Menschen. Wenn sich Mikroplastik auf sie auswirkt, kann das sehr weitreichende Folgen haben. Beispielsweise kann das Plastik die Filter- und Verdauungsorgane  schädigen. Es kann sein, dass es zu Blockaden im Verdauungssystem kommt. Bei Muscheln können die Filterapparate, d.h. ihre Kiemen, verstopfen. Die Tiere bilden dann Schleime, um die Kiemen zu säubern und das Plastik auszuwaschen. Auch das kostet Energie, die dann für Wachstum und Fortpflanzung fehlt.


4. Was wissen wir über die chemischen Auswirkungen von Mikroplastik auf Lebewesen?
Es wird momentan intensiv diskutiert, wie relevant die chemischen Auswirkungen sind. Man weiß, dass Schadstoffe auf Mikroplastikpartikeln akkumulieren. Zudem beinhaltet Plastik Additive (Anm. der Red.: Chemische Zusätze, die die Eigenschaften von Plastik verbessern). Ich nehme jedoch an: Wenn das Plastik länger im Meer ist und in fragmentierter Form vorliegt, sind diese Additive bereits größtenteils ausgewaschen. Es reichern sich jedoch Schadstoffe aus dem Meerwasser auf dem Plastik an. Dies sind organische Stoffe wie Pestizide oder Verbrennungsrückstände aus Schiffsdiesel. Wenn das Plastik dann von Meerestieren aufgenommen wird, kann es sein, dass diese Schadstoffe während der Darmpassage abdiffundieren und in das Gewebe gelangen. Dass dies geschieht wurde in experimentellen Studien bereits belegt. Die Frage ist jedoch, ob dies einen signifikanten Einfluss hat, denn die Tiere nehmen diese Schadstoffe sowieso mit ihrer Nahrung aus der Umwelt auf.


5. Nach welchen Kriterien kategorisieren Sie als Meeresforscher das Mikroplastik?
Wir schauen zum einen auf den Polymertyp und auf die Art und Größe der Teile. Uns interessiert aber auch die Frage, ob es sich um primäres Mikroplastik handelt – beispielsweise aus Kosmetika – oder ob es als sekundäres Plastik aus dem Zerfall von großem Plastikmüll entstanden ist. Das ist zwar biologisch am Ende nicht so relevant, wir müssen diese Frage jedoch beantworten. Denn die Menschen wollen wissen, wo der ganze Plastikmüll herkommt und was man dagegen tun kann. Daher müssen wir in der Lage sein, die jeweiligen Beiträge abzuschätzen. Uns interessiert auch, ob das Plastik bereits von Meeresorganismen besiedelt ist. Ob es möglicherweise als Vektor fungiert. Was für eine Geschichte hat es? Wie lange ist es schon im Meer? Wo kommt es her und welche Strecke hat es zurückgelegt? Wo reichert es sich an? Welche Quellen und Senken gibt es?


6. Welche Pflanzen und Tierarten in Nord- und Ostsee sind nach heutigem Kenntnisstand besonders von Plastikmüll betroffen. Welche sind für uns Menschen besonders wichtig?
Was großem Plastikmüll betrifft sind das wie gesagt, Fische, Seevögel und Säuger, die sich beispielsweise in den sogenannten Geisternetzen verfangen können. Diese gibt es auch in Nord- und Ostsee. Viele von uns kennen die Bilder von Seehunden, die sich in diesen Netzen verheddert haben. Vor Helgoland bauen Seevögel sogar ihre Nester mit Teilen von Plastiknetzen und verfangen sich dann häufig darin. Bei den großen Tieren sieht man die Folgen unmittelbarer, daher ist der Kenntnisstand da höher. Bei den kleineren Tieren wissen wir oftmals gar nicht, ob sie betroffen sind. Hier gibt es noch entsprechenden Forschungsbedarf, es fehlen noch viele Daten. Vom Mikroplastik wissen wir beispielsweise, dass es sich in den Mägen von Fischen und Muscheln findet. Manchmal ist aber auch noch unklar, ob die vorhandenen Nachweismethoden überhaupt ausreichend sind. Es gibt beispielsweise jenseits von Laborversuchen noch keine Daten darüber, ob sich Plastik im Muskelgewebe von Meeresfischen wiederfindet. Wir wissen auch noch nichts über mögliche Auswirkungen von Mikroplastik auf die menschliche Gesundheit.


7. Was wissen wir noch über das Plastik? Welche Art von Plastik ist am langlebigsten? Welches ist am toxischsten?
Das kann man gar nicht so sagen. Hinsichtlich Langlebigkeit ist immer die Frage, wo das Plastik ist, respektive in welcher Wassertiefe es sich befindet. In der Tiefsee kann es Tausende von Jahren dauern bis Plastik zerfällt. Es wird dort vielleicht sogar in die Sedimente eingebettet und so über geologische Zeiträume konserviert. Plastik wird im Meer nicht re-mineralisiert, sondern es zerfällt. Das heißt, es wird immer kleiner, aber es verschwindet nicht. Wenn das Plastik wiederum nah an der Küste ist und dort vielleicht gegen Felsen geschleudert wird und die mechanische Belastung sehr groß ist, dann kann der Zerfall sehr schnell gehen. Bei der Toxizität kommt es darauf an, was beigemischt ist und das hängt wiederum davon ab für welche Zwecke das Plastik produziert worden ist. Die jeweiligen gewünschten Materialeigenschaften entscheiden dann über die beigemengten Additive. Und ich würde schon vermuten, je mehr Additive, desto toxischer.


8. Mit welchen Verfahren spüren Sie am GEOMAR oder beim AWI Plastik im Meer auf?
Das AWI benutzt auf Helgoland Infrarotspektroskopie. Beim GEOMAR haben wir ein Raman-Spektroskop, um Partikel als Plastik zu bestimmen und wenn möglich einen quantitativen Nachweis führen zu können, beispielsweise um die Gesamtmenge an Plastik in einer Probe zu bestimmen. Das ist in einem bestimmten Größenbereich möglich, aber immer noch nicht hundertprozentig. Wenn man versucht quantitativ zu arbeiten, ist das aufwendig und teuer. Dazu ein Beispiel: Wenn man Sedimentproben gewonnen hat und will das Plastik darin bestimmen, dann muss man das Sediment in mehreren Schritten auswaschen. Dabei muss man mit teilweise sehr teuren Salzlösungen arbeiten, um zu zuverlässigen Ergebnissen zu gelangen. Nach dem Auswaschen werden Partikel aus dem Überstand herausgefiltert. Dabei kann es sich auch um organisches Material handeln, das dann noch entfernt werden muss. Die verbleibenden Plastikpartikel werden anschließend auf spezielle Filter aufgebracht, die mit einem Spektroskop abgetastet werden. Dieser Vorgang des Abtastens dauert wiederum sehr lange. Für die Bearbeitung von einer Probe mit einem Gewicht von 500 Gramm rechnet man mit allen Arbeitsschritten ungefähr eine Woche.


9. Welche Schwierigkeiten treten dabei auf?
Das Grundproblem ist: Man muss das Plastik in der Probe finden und darf dabei keine Partikel übersehen. Je kleiner jedoch die Fragmente sind, desto schwieriger wird das Aufspüren. Bis zu einem halben Millimeter Größe geht das mit optischen Mitteln, wie einem Lichtmikroskop, noch ganz gut. Aber selbst da haben wir schon Schwierigkeiten, etwa wenn es darum geht, eine Plastikfaser von einer Pflanzenfaser zu unterscheiden. Das Spektroskop liefert uns zuverlässigere Informationen. Aktuell wollen wir hier in Schleswig-Holstein die Mikroplastikbelastung entlang der Ostseeküste ermitteln. Da rechnen wir mit 20 Proben von Lübeck bis Flensburg mit jeweils 500 Gramm Gewicht. Das kann man auch ohne ein riesiges Budget realistisch bewältigen.

Teil 2 des Interviews mit Dr. Mark Lenz: Lösungsansätze und Vermeidung von Plastikmüll im Meer.

Weiterführende Informationen

In der Litterbase (www.litterbase.org) des Alfred-Wegener Instituts wurde das gesamte publizierte Forschungswissen über Müll im Meer in einer einzigartigen Gesamtschau als Datenbank und kartographisch zusammengetragen. Die Litterbase mit ihren Analyse-Tools ermöglicht erste Schätzungen darüber, welche Tiergruppen besonders betroffen sind und liefert punktuell sehr genaue Angaben, wie sich der Müll in verschiedenen Lebensräumen zusammensetzt. Außerdem ist die komplette verwendete wissenschaftliche Fachliteratur verlinkt, so dass Interessierte einen tollen Einstieg in die weitere Recherche finden. Die Datensätze werden vom AWI-Team laufend aktualisiert.

  Jambeck, J.R., Andrady, A., Geyer, R., Narayan, R., Perryman, M., Siegler, T., Wilcox, C., Lavender Law, K. , (2015). Plastic waste inputs from land into the ocean, Science, 347, p. 768-771.
  Rist, S. E., Assidqi, K., Zamani, N. P., Appel, D., Perschke, M., Huhn, M. und Lenz, M.(2016): Suspended micro-sized PVC particles impair the performance and decrease survival in the Asian green mussel Perna viridis. Marine Pollution Bulletin, 111 (1-2). pp. 213-220. DOI 10.1016/j.marpolbul.2016.07.006.

Linktipp:
 Welche Auswirkungen hat Plastik auf einzelne Tier- und Pflanzenarten? | Beitrag im ESKP-Themenspezial "Plastik in Gewässern"

Text, Fotos und Grafiken soweit nicht andere Lizenzen betroffen: eskp.de | CC BY 4.0
eskp.de | Earth System Knowledge Platform – die Wissensplattform des Forschungsbereichs Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft

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