Mikroplastik: Die Schneeflocken der Plastikwelt

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Mikroplastik verunreinigt jeden Winkel der Welt, sogar die einst unberührte Landschaft der Antarktis. Diese winzigen Partikel stammen aus größeren Plastikstücken und werden im Laufe der Jahre abgebaut und abgenutzt, bis sie nur noch wenige Millimeter – oder sogar weniger – im Durchmesser haben.

Während einige Kunststoffe auf Mülldeponien landen oder verbrannt werden, sind die meisten nicht recycelten Kunststoffe für die Ozeane bestimmt, wo sie das Meeresökosystem und – obwohl wir das nicht mit absoluter Sicherheit sagen können – möglicherweise auch die Nahrungskette verunreinigen.

Kunststoffe werden seit den 1960er-Jahren untersucht, als erstmals Müll in den Ozeanen dokumentiert wurde. Seitdem gibt es zahlreiche Untersuchungen zu den schädlichen Auswirkungen von Kunststoffen und Mikroplastik auf die Umwelt und zu den Schäden, die sie für die Gesundheit von Tieren und Menschen haben könnten.

„Mikroplastik ist so etwas wie ein Sammelbegriff für kleine Kunststoffpartikel, die weniger als 5 mm oder etwas mehr als einen Viertel Zoll lang sind“, sagt Dr. Christopher Reddy, Chemiker und Ozeanograph vom Department of Marine Chemistry und Geochemie am Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts und Autor von Science Communication in a Crisis: An Insider's Guide.

Sie sind eine kleine Herausforderung; Es gibt weder einen „typischen Kunststoff“ noch eine einheitliche Definition oder Beschreibung von Kunststoff. Reddy vergleicht Mikroplastik mit Schneeflocken – jedes ist anders: „Es wird eine große Bandbreite an Kunststoffen hergestellt – alle sind unterschiedliche Tiere. Manche schwimmen auf dem Wasser, andere nicht. Zusätzlich zu den verschiedenen Polymeren gibt es eine große Bandbreite.“ von Zusatzstoffen (Farbe, Festigkeit, Flammschutzmittel usw.) in Kunststoffen, die ihr eigenes Risiko bergen. Dann gibt es unterschiedliche Größen und Formen, die unterschiedlich von Witterungseinflüssen und Umweltschäden betroffen sind. Schließlich können Kunststoffe in der Umwelt wie Schwämme wirken und andere Verunreinigungen aufnehmen.“

Reddy beschreibt Mikroplastik als ungebetene Gäste, einen sich ständig verändernden Feind, der eine der größten Umweltbedrohungen, insbesondere für die Ozeane, darstellt. „Zum größten Teil handelt es sich bei diesen kleinen Stücken um Fragmente eines Plastikartikels wie einer Plastikwasserflasche, eines Bechers oder einer Plastiktüte“, sagt Reddy. „Eine Kombination aus Sonneneinstrahlung, Abrieb und anderen Witterungseinflüssen führt zu ihnen. Daher handelt es sich um unbeabsichtigte Produkte.“

Mikrokügelchen sind ein weiterer ungebetener Gast in Kosmetika und Körperpflegeprodukten. Diese kleinen, festen Kunststoffpartikel werden Schönheitsprodukten wie Reinigungsmitteln und Zahnpasta als Peeling oder Schleifmittel zugesetzt. Sie wurden erstmals vor etwa 50 Jahren eingesetzt und stellen daher kein neues Problem dar, aber wir fangen gerade erst an, den Schaden zu begreifen, den sie anrichten können. Mikrokügelchen zersetzen sich nicht im Wasser und lösen sich auch nicht auf. Viele sind jedoch zu klein, um von Abwasserfiltersystemen aufgefangen zu werden. Daher gelangen sie in unsere Flüsse, Seen und Ozeane, wo sie eine Gefahr für Wasserlebewesen darstellen. Aber es gibt eine gute Nachricht: Im Jahr 2015 verabschiedete Präsident Obama den Microbead-Free Water Act, der die Verwendung von Mikrokügelchen in Körperpflege- und Kosmetikprodukten verbot.

Eine weitere Hauptquelle der Plastikverschmutzung sind Plastiktüten oder Pellets. Dabei handelt es sich um Rohstoffe oder Vorproduktionszutaten für Artikel wie Plastiktüten – und sie kommen überall auf der Welt vor, nämlich durch schlechte Handhabung beim Versand und bei der Lieferung. Bereits 1972 wussten Wissenschaftler, dass diese Nudeln oder Kügelchen in der aquatischen Umwelt problematisch werden, nachdem sie sie auf der Oberfläche der Sargassosee gefunden hatten.

Die Verschmutzung durch Mikroplastik sei ein chronisches Problem, sagt Reddy und beschreibe, dass es sich dabei um tropfende Wasserhähne auf der ganzen Welt und nicht um eine massive Freisetzung von Kunststoffen handele, und es sei ein Problem, das angegangen werden müsse.

Die Wurzel des Mikroplastikproblems liegt in deren Persistenz. Sie verbleiben mehrere Jahrzehnte – sogar Hunderte von Jahren – in der Umwelt und werden sehr langsam abgebaut, wobei sie in immer kleinere Stücke zerfallen.

Das meiste Mikroplastik entsteht an Land und wird durch Flüsse und Wind ins Meer getragen, wo es im globalen Ozeanzirkulationssystem hängenbleibt. Der National Ocean Service, Teil der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), sagt, dass Kunststoffe die am weitesten verbreitete Art von Müll in den Ozeanen und Großen Seen sind; Sie wurden auch an Stränden weltweit, auf dem Meeresboden und im Meereis der Arktis entdeckt. Synthetische Mikroplastikfasern wurden auch in Luft-, Meerwassersediment- und Meereisproben aus dem einst unberührten Weddellmeer, einer der isoliertesten Regionen der Antarktis, gefunden.

„Mikroplastik hat viele Ursprünge, aber es ist das Abbauprodukt von Plastikmüll, das hauptsächlich durch entsorgtes Einwegplastik, Verpackungen, Müll usw. entsteht, das in städtischen und ländlichen Quellen beginnt und in Flüssen, Mülldeponien und schließlich im Meer endet.“ " erklärt Rigoberto Advincula, Governor's Chair Professor am Oak Ridge National Laboratory und der University of Tennessee, Department of Chemical and Biomolecular Engineering.

Mikroplastik sei auch in öffentlichen Wasserquellen vorhanden, wo es viele Zyklen des mechanischen, biologischen und umweltbedingten Abbaus durchlaufen habe und sich letztendlich in Meeresorganismen wie Fischen und Schalentieren anreichere, sagt er. Mikroplastik wurde in den Mägen verschiedener Meerestiere, von der kleinsten Planktonart bis hin zu großen Walen, im Verdauungstrakt benthischer Wirbelloser und in Kotproben von Pinguinen gefunden. Sie wurden auch in der Luft, im Leitungswasser, im Meersalz, in Flaschenwasser, im Bier und im Fisch gefunden, den Menschen essen – aber wir wissen noch nicht genug über die Gefahr, die sie für die menschliche Gesundheit darstellen können.

Obwohl uns die potenziellen Gefahren der Plastikverschmutzung bereits seit den 1960er und 70er Jahren bekannt sind, bestand die frühe Forschung aus einmaligen Arbeiten, was bedeutete, dass kein ausreichendes Verständnis über die Verteilung und das Verhalten von Mikroplastik in der Umwelt vorhanden war.

Erst im letzten Jahrzehnt gab es gezieltere und vielfältigere Arten der Forschung zur Plastikverschmutzung, einschließlich Mikroplastik, die Zugang zu groß angelegten, langfristigen und umfassenden Daten ermöglichten. Mit zunehmender Reife des Fachgebiets, teilweise dank erhöhter Finanzierung, beginnt es, Standardreferenzmaterialien zu entwickeln und anzuerkennen und eine gemeinsame Sprache über die Menge und Verteilung von Kunststoff in Labor- und Feldproben zu schaffen.

Das NOAA Marine Debris Program trägt zur Erweiterung der Daten bei; Es wurden standardisierte Feldmethoden zur Sammlung von Sediment-, Sand- und Oberflächenwasser-Mikropartikelproben entwickelt. Diese Methoden werden ständig überprüft, um Feld- und Labortests zu entwickeln, die robust und genau genug sind, um globale Vergleiche der Anzahl von Mikropartikeln in verschiedenen Umgebungen zu ermöglichen – ein wichtiger erster Schritt bei der Bestimmung der endgültigen Verteilung, Wirkung und des Verbleibs von Mikroplastik.

Das National Centers for Environmental Information Marine Microplastics Portal sammelt auch Daten über das Vorkommen, die Verteilung und die Menge von globalem Mikroplastik in Meeresumgebungen. Diese Informationen können zur Verbesserung der Wasserqualität und zum Schutz der Ökosysteme der Erde genutzt werden.

Aber wie genau testen Wissenschaftler das Vorhandensein von Mikroplastik? Professor Advincula, ein Polymerchemiker, dessen Forschung die Synthese, Herstellung und Analyse aller Arten von Kunststoffmaterialien umfasst, erklärt: „Der Nachweis erfolgt durch Anreicherung im Meeresleben und direkt aus dem Meer – Probenentnahme und statistische Analyse – mithilfe chemischer Spektroskopie und.“ Mikroskopische Analysemethoden. Kunststoffe basieren meist auf polyolefinischen (PE, PP, PS) und PC-, PET- und Nylon-Thermoplasten. Mithilfe unserer Instrumente und Methoden können wir Mikroplastik mithilfe von Methoden wie Infrarotspektroskopie (IR), Gaschromatographie-Massenspektrometrie usw. nachweisen Pyrolysemethoden und Kernspinresonanzspektroskopie. Die Untersuchung von Mikroplastik, Modellproben und Abbauprodukten von Kunststoff zu Partikeln wird von vielen Wissenschaftlern weltweit betrieben.“

Doch trotz der erzielten Fortschritte ist noch ein weiter Weg zu gehen, da Wissenschaftler nicht in der Lage sind, mit absoluter Sicherheit genau zu sagen, welche Auswirkungen Mikroplastik auf Ökosysteme und ihre Bewohner hat.

„Diese mangelnde Sicherheit bei der Messung führt zu enormer Unsicherheit hinsichtlich der Größenordnung der negativen Auswirkungen der Plastikverschmutzung“, sagt Reddy. „Das Feld reift, und wir sind auf dem Weg zu größerer Sicherheit, aber wissenschaftlich wäre es viel schöner, mehr Sicherheit bei der Messung von Kunststoffen zu haben!“

Das bedeute nicht, dass Kunststoffe und Mikroplastik nicht schlecht seien, fügt er hinzu. Wir haben nur kein umfassendes Verständnis über die Belastung durch Mikroplastik und können dies nicht mit ausreichender Sicherheit sagen, um eine endgültige Aussage über ihre Auswirkungen zu treffen. Daher gehen Wissenschaftler im Umgang mit Plastik vorsorglich vor und gehen auf Nummer sicher.

„Während Kunststoffe als Schüttgüter im Allgemeinen harmlos sind und für die moderne Gesellschaft unverzichtbar sind (denken Sie an Behälter, Lebensmittelverpackungen, Möbel, Autos, Zahnbürsten, Flaschen usw.), wird ihre Wirkung im Körper als Partikel gerade erst verstanden.“ sagt Advincula. „Da sie normalerweise nicht biologisch abbaubar sind und außerdem aus unterschiedlichen Zusammensetzungen bestehen, ist ihre Größe (Mikro- bis Nanopartikel) besorgniserregend, da sie Teil des Verdauungssystems jedes lebenden Organismus bleiben können.“

Es ist schwierig, eine allgemeine Aussage über die Auswirkungen von Mikroplastik zu treffen, und selbst wenn wir das irgendwann schaffen, wird es Zeit brauchen. Als Vergleich zieht Reddy das Beispiel des elementaren Bleis: Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler riesige Mengen an Daten darüber gesammelt, wie es sich auf den menschlichen Körper auswirkt, und Tests entwickelt, um festzustellen, wie viel davon im Blut eines Menschen vorhanden ist. Nun können wir mit großer Sicherheit sagen, dass Blei die neurologische Entwicklung von Kindern beeinflusst und zu Wachstumsstörungen, Lern- und Verhaltensproblemen sowie Hör- und Sprachproblemen führt.

Menschen können Mikroplastik auf verschiedene Weise ausgesetzt sein – durch Verschlucken, Einatmen oder Hautkontakt – aber wie sich dieses Mikroplastik dann auf den menschlichen Körper auswirkt, ist kaum bekannt. Zu den möglichen Nebenwirkungen zählen oxidativer Stress, Zytotoxizität, Neurotoxizität, Störung des Immunsystems und Übertragung von Mikropartikeln auf andere Gewebe nach Exposition, Überempfindlichkeit, Hämolyse, entzündliche Läsionen, mögliche Stoffwechselstörungen und ein erhöhtes Krebsrisiko. Allerdings bestehen noch große Wissenslücken, sodass wir nicht mit absoluter Sicherheit sagen können, welche Auswirkungen Mikropartikel auf die menschliche Gesundheit haben, wie Reddy betont: „Wir haben noch keine Daten und mit der Zeit wird das Feld an Vertrauen gewinnen.“ Er fügt hinzu: „Aber Mikroplastik sieht bedrohlich aus, also sollten wir etwas dagegen unternehmen. Und wir sollten die Situation neu bewerten, sobald mehr Daten verfügbar sind und sich die Wissenschaft verbessert.“

Täglich werden unzählige Artikel zum Thema Plastikverschmutzung veröffentlicht – fast zu viele, als dass Reddy glaubt, es sei unmöglich, Schritt zu halten. Der Sektor ist mit Publikationen unterschiedlicher Qualität übersättigt und es ist schwierig, die aktuelle Situation vollständig zu verstehen und zu bewerten.

„Es ist auch schwierig, mit großer Sicherheit zu sagen, ob die in den Laboren getesteten Kunststoffe wirklich repräsentativ für die tatsächliche Exposition sind (denken Sie an Schneeflocken und daran, dass wir Kunststoffe im Blut usw. nicht genau messen können). Mit der Zeit werden wir mehr wissen.“ Sag Reddy. „Ich bin kein Apologet der Plastikverschmutzung und verbringe die Hälfte meiner Forschungszeit mit Kunststoffen. Aber es ist wichtig zu kommunizieren, was wir wissen und was nicht, was sich ändert und was zur Debatte steht.“

Edward Carpenter, Wissenschaftler am Woods Hole Oceanographic Institution, legte den Grundstein für die Kunststoffforschung. Seine 1972 veröffentlichte Arbeit deckte das Vorhandensein kleiner Plastikpartikel auf der Oberfläche der Sargassosee und von Kügelchen in den Küstengewässern im Süden Neuenglands auf, die bei Verzehr zu Darmverstopfungen bei Fischen führen könnten.

Seitdem hat die Forschung die Ansammlung von Plastik im subtropischen Wirbel des Nordatlantiks, das Vorhandensein von Plastikpartikeln in Filterfuttermitteln im offenen Ozean wie Zooplankton, in Fischen und Garnelen sowie Mikroplastik in der Umwelt der einst unberührten Antarktis und ihrer Bewohner aufgedeckt .

Dennoch stellen wir immer noch Kunststoffe her und Umweltverschmutzung ist ein wachsendes Problem. Kunststoffe sind so tief in unserem Leben verankert, dass es nahezu unmöglich wäre, für jeden einzelnen einen geeigneten Ersatz zu finden oder ihn ganz aus unserem Leben zu entfernen. Wir haben ein zu gutes Produkt hergestellt und müssen unser Wissen über aktuelle Kunststoffe nutzen, um neue Kunststoffe zu entwickeln, die die gleichen Eigenschaften erfüllen, und „wir müssen sie ‚gerade gut genug‘ machen“, sagt Reddy. „Sie brauchen eine eingebaute Achillesferse, die die Natur angreifen kann, damit sie nicht bestehen bleiben können.“

Wir müssen uns auch mit den Kunststoffen und Mikroplastiken befassen, die sich bereits in der Umwelt befinden. Das Problem ist, dass genau wie keine zwei Schneeflocken gleich sind, auch keine Umgebung genau gleich ist. Es gibt keine Einheitslösung, die für alle passt. Stattdessen ist ein mehrgleisiger Ansatz erforderlich, der die Plastikverschmutzung auf verschiedene Weise bekämpft.

Es wird geschätzt, dass sich in fünf Müllflecken in den Ozeanen 5 Billionen Teile Plastikmüll befinden, und dieser muss beseitigt werden, bevor er zu Mikroplastik zerfällt, das zwangsläufig schwieriger aus dem Wasser zu entfernen ist. Vor einigen Jahren gab es große Anstrengungen, Plastik aus dem blauen Ozean zu entfernen – im Wesentlichen wurden große Netze zum Auffangen von Plastik ausgeworfen – aber es wurde klar, dass es sicherer und effektiver wäre, es an der Quelle, in den Flüssen und Bächen zuvor, zu fangen es erreicht sogar den Ozean.

The Ocean Clean Up ist eine gemeinnützige Stiftung bestehend aus 120 Ingenieuren, Forschern, Wissenschaftlern und Computermodellierern, deren Technologie darauf abzielt, Kunststoffe aus den Ozeanen und an der Quelle – den Flüssen – zu entfernen.

In den Ozeanen entsteht durch ihre Barrieretechnologie eine künstliche Küstenlinie, an der sich große und kleine Kunststoffe ansammeln und so leichter entfernt werden können. Mithilfe von Computermodellen lässt sich vorhersagen, wo sich wahrscheinlich ein Plastik-Hotspot befindet, was eine gezielte Aufräumaktion mit anschließendem Recycling des Plastiks ermöglicht.

Entlang der Flüsse nutzen sie ähnliche Technologien; Eine Barriere leitet den Abfall zu einem Schiff im Katamaran-Stil, das den Plastikmüll sammelt und zum Recycling abtransportiert. Eine andere Art von Barriere kann auch direkt an der Flussmündung angebracht werden, um den Abfall bis zur Beseitigung aufzuhalten.

Viele andere Unternehmen und Organisationen arbeiten ebenfalls an der Säuberung von Flüssen und Ozeanen, darunter Mr. Trash Wheel, das Plastikmüll aus mehreren Flüssen in Baltimore sammelt, und FRED, das Müll mit einer Größe zwischen 5 mm und 5 m von der Meeresoberfläche aufsaugt.

Aber wir müssen auch jede weitere Verschmutzung stoppen – wir müssen den undichten Wasserhahn schließen. Viele von uns recyceln bereits ihre Kunststoffe oder sind auf plastikfreie Alternativen umgestiegen, aber um Wirkung zu zeigen, bedarf es einer umfassenden Änderung auf staatlicher Ebene. Viele Länder erlassen Gesetze zur Bekämpfung von Plastikmüll – Obamas Verbot von Mikrokügelchen ist ein Beispiel dafür –, indem sie Einwegkunststoffe wie Besteck und Take-Away-Boxen verbieten oder Anreize für das Recycling schaffen, indem sie Gutscheine oder Wertmarken für die Rückgabe von Leergut anbieten.

Reddy blickt zuversichtlich in die Zukunft von Kunststoffen. Er glaubt, dass eine gemeinsame Anstrengung, das Problem der Plastikverschmutzung jetzt anzugehen, in Zukunft zu weniger Problemen führen wird und dass wir in den nächsten 10 bis 20 Jahren auf dem richtigen Weg sein könnten.