Die Persistenz von Plastikmüll in den Ozeanen

Anthony L. Andrady:

Die Persistenz von Plastikmüll in den Ozeanen

Übersetzt und bearbeitet von Maximilian Hefter und Danny Coomber

Abstract

Die zunehmende globale Herstellung und Verwendung von Kunststoffen hat zu einer Anhäufung von enormen Mengen an Plastikmüll in den Ozeanen der Welt geführt. Eigenschaften wie geringe Dichte, gute mechanische Eigenschaften und niedrige Kosten ermöglichen den erfolgreichen Einsatz von Kunststoffen in Industrie und Alltag, aber die hohe Haltbarkeit führt zur Persistenz der synthetischen Polymere in der Meeresumwelt, wo sie Schaden an einer großen Vielzahl von Organismen verursachen. In diversen Meereslebensräumen wie Stränden, der Meeresoberfläche, der Wassersäule und dem Meeresboden sind Kunststoffe Umweltbedingungen ausgesetzt, die den physikalischen, chemischen und biologischen Abbau entweder beschleunigen oder verlangsamen. Der Abbau von Kunststoffen geschieht hauptsächlich durch Photooxidationsreaktionen, die durch die UV-Strahlung der Sonne induziert werden und in euphotischen Umgebungen wie der Meeresoberfläche oder in Strandregionen am intenstivsten sind. Die Abbaugeschwindigkeit ist temperaturabhängig, was zu einer erheblichen Verzögerung der Prozesse im Meerwasser führt, da es eine gute Wärmesenke ist. Unterhalb der euphotischen Zone, in der Wassersäule, bauen Kunststoffe sehr langsam ab, was zur hohen Persistenz des Plastikmülls, vor allem am Meeresboden, führt. Die biologische Zersetzung von Kunststoffen durch Mikroorganismen in der Meeresumwelt ist zu vernachlässigen, da die Kinetik des biologischen Abbaus im Meer besonders langsam ist und die Sauerstoffversorgung für diese Verfahren beschränkt ist. Der Abbau von größeren Kunststoffteilen führt zur Entstehung vieler kleiner Mikroplastikteilchen. Der Transport von kleinen Partikeln auf den Meeresboden wird durch die Besiedlung des Materials von Anwuchs-Organismen begünstigt, welche die Dichte der Partikel erhöhen und sie zum Absenken zwingen.

 

Einleitung

 

Untersuchungen zum Vorkommen von Meeresmüll an Stränden und als Treibgut zeigen in der Regel, dass Kunststoffe eine der Hauptkomponenten sind (Galgani et al. 2015). Kunststoffe sind vielfältig einsetzbar und werden wegen ihrer einfachen Verarbeitung, Langlebigkeit und relativ niedrigen Kosten (Andrady und Neal 2009) in Bau- und Verpackungsanwendungen immer beliebter. Die Dominanz der Kunstoffe im Müll liegt jedoch nicht daran, dass im Vergleich zu Pappe, Papier und Holzprodukten mehr Kunststoffe ins Meer geworfen werden, sondern an der außergewöhnlich hohen Haltbarkeit oder Persistenz von Kunststoffen in der Umwelt. Genaue Daten über Plastikmüll auf Sediment sind kaum vorhanden (Spengler und Costa 2008), aber sie deuten darauf hin, dass Kunststoffe ein bedeutender Anteil des Mülls im Benthal (Meeresboden) sind (Watters et al. 2010). Quantitative Informationen über die Dichte des Mülls an Stränden oder in den Ozeanen, klassifiziert nach der Klasse des Kunststoffs, sind nicht verfügbar. Normalerweise wird nach der Geometrie klassifiziert (z.B. Faser) oder nach Produktart (z.B. Zigarettenkippen). Auch die Vermessungen von Plastikmüll auf der Meeresoberfläche durch Neuston-Netze (Hidalgo-Ruz et al. 2012) und sogar Strand-Studien (Ng und Obbard 2006; Browne et al. 2011) in der Nähe der Wasserlinie lassen das Ausmaß des Plastikmülls nur schwer einschätzen, da diese nicht nur die Kunststoffe mit negativem Auftrieb, sondern auch Fragmente, die kleiner als die Maschenweite der verwendeten Netze sind, ausschließen.

 

Auftrieb und Stichprobenfehler

 

Von den fünf Klassen der meistverwendeten Kunststoffe (oder Warenthermoplaste), verfügen Polyethylene (PE) und Polypropylene (PP) sowie die expandierte Form von Polystyrol oder Polystyrolschaum (EPS) über eine geringere Dichte als Meereswasser, während andere, wie Poly-Vinylchlorid (PVC) und Polyethylenterephthalat (PET) einen negativen Auftrieb haben und in die Mitte der Wassersäule oder zum Sediment (Andrady 2011) absinken. Bezeichnenderweise gehört einer der wichtigsten Kunststoffe in Fischereiausrüstung, Nylon oder Polyamid, auch zu dieser Kategorie, und der negative Auftrieb dieser Artikel ist eine wahrscheinliche Erklärung für ihre offensichtliche Abwesenheit in Strandmüll oder Treibgut-Untersuchungen, trotz ihres häufigen Einsatzes im Meer. Es gibt jedoch Ausnahmen von dieser allgemeinen Erwartung, die auf den Eigenschaften des reinen Kunststoffs basiert, wie z.B. Neukunststoffpellets oder Granulat, die üblicherweise in Müllproben gefunden werden. Einige Kunststoffprodukte enthalten Füllstoffe und anderen Zusatzmittel, die die Dichte des unbehandelten Kunststoffmaterials verändern. Diese Zusatzmittel sind notwendig, um eine einfache Verarbeitung des Kunststoffs zu gewährleisten und die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes zu erhalten. Wenn die Dichte erhöht wird, weil Zusatzmittel wie Füllstoffe eingearbeitet sind, kann das Material nicht ans Oberflächenwasser treiben, und daher wird es nicht in der Netzprobenahme gezählt. Dementsprechend fehlen Kunststoffe wie PS, PET und PVC, die dichter als Meerwasser sind, auch bei Proben von an der Oberfläche treibenden Objekten. In der Tat könnten sie jedoch in Treibgutproben aufgenommen werden, da Produkte wie Flaschen, Beutel und Schäume aus diesen Kunststoffen Luft einfangen. Dies ist eindeutig der Fall bei EPS-Schaum, der in Flößen, Köderboxen und Isoliermaterial verwendet wird und in der Regel einen großen Teil des persistenten Mülls in der Meeresumwelt darstellt.

 

Hauptsächlich besteht der Müll aus verschiedenen Kunststoffprodukten oder Kunststofffragmenten (gesammelte Daten der Organisation Ocean Conservancy aus dem Jahr 2009). Die Daten in Tabelle 3.1 fassen die Ergebnisse der Strandaufräumarbeiten, die regelmäßig durch Ocean Conservancy gesponsert werden, zusammen: Die Strandaufräumarbeiten werden von Freiwilligen durchgeführt, und jede Person zählt und ordnet den Müll auf einer zugewiesenen Fläche. Die Daten werden gesammelt und zusammengefasst.

 

Tabelle 3.1: Von der globalen Küstenlinie und Wasserwegen während des International Coastal Cleanup 2009 entfernter Meeresmüll.

Rang Müll – Gegenstände Anzahl (Millionen) Kunststofftypen
1 Zigarettenfilter 2,19 CA
2 Plastiktüten 1,13 PE
3 Lebensmittelverpackung / Behälter 0,94 PE, PP
4 Kappen und Deckel 0,91 PP und HDPE
5 Getränkeflaschen 0,88 PET
6 Becher, Teller und Besteck 0,51 PS
7 Glasflaschen 0,46
8 Getränkedosen 0,46
9 Trinkhalme / Rührer 0,41 PE
10 Papiertüten 0,332

Daten von Ocean Conservancy. CA Cellulosacetat, HDPE Polyethylen hoher Dichte

 

Was die Probenahme von Plastikmüll in allen Meeresgebieten zusätzlich ineffizient gestaltet, ist die minimale Partikelgröße der einzelnen Teilchen. Die Verwendung von Planktonnetzen zur Entnahme von Wasserproben und die visuelle Unterscheidung von Partikeln nach dem Sieben oder nach der Sediment-Schwebemethode bleibt leider weiterhin ineffektiv beim Einfangen von Mikroplastikteilchen. Die üblicherweise verwendeten Netze haben eine Maschenweite von etwa 330 μm. Während Mesokunststoffe in diesen Proben einigermaßen häufig vorkommen, wird die Zahl der Teilchen im Mikro- und Nano-Bereich deutlich unterschätzt. Da der Großteil des schwimmenden Mülls an Land entsteht und zum Ozean transportiert wird, würde man erwarten, dass die Kunststofftypen im Müll mit den Produktionsvolumen in Tabelle 3.2 übereinstimmen. Da der Massenanteil der nicht abgetasteten Mikroplastikteilchen im Vergleich zum Makroplastikmüll wahrscheinlich winzig ist, zeigen die Kunststoff-Statistiken nach Kunststofftyp in Wasserproben, dass PE und PP am häufigsten vorkommen, was mit den Produktionsdaten in Tabelle 3.2 übereinstimmt.

 

Tabelle 3.2: Die häufigsten Kunststoffarten im Ozean-Müll, sowie die in Fischereiausrüstung verwendeten Kunststoffe, zusammen mit ihrer Dichte und ihrem Anteil an der weltweiten Massenproduktion. Gegenstände mit einem geringeren spezifischen Gewicht als Meerwasser (~ 1,02 g cm-3) treiben an der Oberfläche.

Kunststoff spezifisches Gewicht (g cm³) Prozentsatz der P

roduktiona

Hauptanwendungen
Polyethylen (PE) 0,91–0,94 29,1 Verpackung, Fischereiausrüstung
Polypropylen (PP) 0,83–0,85 18,0 Verpackung, Fischereiausrüstung
Polystyrol (PS) und Schaum

(EPS)

1,05 (variabel) 7,8 Verpackung, Nahrungsmittel

industrie

Poly-(vinylchlorid) (PVC) 1,38 15,3 Verpackung
Poly- (ethylenterephthalat)

[PET]

1,37 20,0 Verpackung
Nylon (PA) 1,13 ~1 Fischereiausrüstung
Celluloseacetat (CA) 1,29 <1 Zigarettenfilter

aProzentsatz der Produktion basierend auf Daten von Plastic News (abgerufen: Dezember 2014):
http://www.plasticsnews.eom/article/20100305/FYI/303059995/global-thermoplastic-resincapacity-

2008

 

Das Schicksal von Kunstoffen in den Ozeanen

 

Kunststoffe, die üblicherweise als Verpackung verwendet werden und in der Meeresumwelt auftauchen, sind persistente (haltbare) Materialien. Wie andere organische Materialien zersetzen sie sich letztendlich, aber die Geschwindigkeit der Zersetzung geht extrem langsam vonstatten. Mehrere Einflüsse können den Abbau in der Umwelt verstärken. Dies sind im Wesentlichen:

 

(a) UV-induzierte, photochemische Reaktionen

(b) thermische Reaktionen, einschließlich Thermooxidation

(c) Hydrolyse des Polymers

(d) biologischer Abbau durch Mikroben

 

Von diesen ist nur der UV-induzierte, oxidative Abbau  in der Meeresumgebung besonders wirksam, und das nur bei schwimmenden Kunststoffen oder bei solchen in Strandnähe (Cooper und Corcoran 2010). Eine langsame thermische Oxidation findet auch im Zusammenhang mit der Photooxidation statt, vor allem an Stränden. Es wird jedoch keine Hydrolyse oder ein nennenswerter biologischer Abbau von Kunststoffen im Ozean erwartet.

 

Verschiedene messbare Eigenschaften eines Kunststoffes können durch Verwitterung verändert werden. Einige dieser Eigenschaften haben eine direkte Wirkung auf die Leistungsfähigkeit von Kunststoffprodukten (Singh und Sharma 2008). Andere Veränderungen finden auf molekularer Ebene statt. Anhand dieser Veränderungen kann man frühe Stadien des Abbaus erkennen. Die folgenden Eigenschaften gängiger Kunststoffarten werden zur Messung herangezogen:

 

(a) Verringerung des durchschnittlichen Molekulargewichts des Kunststoffs.

(b) Verlust von mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs, wie beispielsweise Zugfestigkeit, Kompressionseigenschaften oder Schlageigenschaften

(c) Verlust der Oberflächeneigenschaften des Materials, wie Verfärbung, Mikrorisse oder „Auskreiden“ (Freigabe von weißem Füllstoff bei gefüllten Kunststoffoberflächen nach Verwitterung)

(d) Änderungen der spektralen Eigenschaften, die auf oxidativen Abbau oder Photoabbau hinweisen.

 

Photooxidativer Abbau

 

Die Photooxidation von Polyolefin-Kunststoffen ist eine freie radikalische Reaktion, die durch solare UV-Strahlung initiiert wird. Die Sequenz der oxidativen chemischen Reaktionen, die beteiligt sind, führt zu (a) dem Einbau von Sauerstoff und dessen Eigenschaften in Polymermoleküle, und (b) der Spaltung von langen, kettenartigen Polymermolekülen, die zu einer Verringerung des zahlenmittleren Molekulargewichts des Kunststoffmaterials führt. Letzteres beeinträchtigt die nützlichen Eigenschaften des Polymers drastisch. Auch bei geringen Oxidationsgraden (oft ein Prozent oder weniger) kann ein sehr erheblicher Verlust der mechanischen Festigkeit auftreten. Solarwellenlängen mit hoher (UV-B; 290-315 nm) und mittlerer Energie (UV-A; 315-400 nm) fördern den photochemischen Abbau von Polymeren besonders effizient (Andrady 1996). Allerdings ist der Anteil der Strahlung mit längeren Wellenlängen im Sonnenlicht im Vergleich zu UV-Strahlung viel größer, und lichtinduzierte Schäden treten vor allem durch UV-A-Strahlung und / oder den sichtbaren Bereich des Spektrums auf.

 

Die Abbauraten werden bei höheren Umgebungstemperaturen deutlich erhöht, weil die Aktivierungsenergie für den oxidativen Abbau bei gängigen Kunststoffarten niedrig ist (Hamid und Pritchard 1991; Tochácek und Vrátnícková 2014). Kunststoffe, die auf dem heißen Sand von Stränden liegen, sind im Vergleich zu Kunststoffen auf der Wasseroberfläche einer schnelleren Photo-Oxidation ausgesetzt, da ihre Temperatur höher ist als die der Kunststoffe im Meer. Das gleiche Phänomen ist auch für die Unterschiede in der Verwitterungsrate von verschiedenfarbigen Kunststoffen verantwortlich. Dunklere Kunststoffe neigen dazu, mehr Infrarotenergie des Sonnenspektrums zu absorbieren und erreichen dadurch höhere Temperaturen. Deshalb verwittern sie schneller als hellere Kunststoffe. Ein besonders guter Maßstab für den Abbau von Kunststoffen ist eine Verschlechterung der Zugdehnbarkeit.

 

Verwitterung unter maritimen Bedingungen

 

Obwohl die Einflüsse und Verwitterungsvorgänge im Meer dieselben wie an Land sind, geht die Verwitterung im Meer deutlich langsamer vonstatten (Pegram und Andrady 1989). Um die Unterschiede besser zu verstehen, sollte man das Meer in unterschiedliche Zonen einteilen: das Küstengebiet, die Wasseroberfläche und die Tiefsee bzw. den Meeresboden. Die Verwitterungseinflüsse sind hier unterschiedlich vertreten (s. Tabelle 3.3). Die Verfügbarkeit von Sonnenlicht, die die Abbaureaktionen in Gang setzt, ist im Falle von schwimmenden Kunststoffen durch oberflächlichen Biobewuchs im Meerwasser eingeschränkt. Ist der Kunststoff erst einmal dem Licht ausgesetzt, bildet sich an dessen Oberfläche ein Biofilm (Lobelle und Cunliffe 2011), der rasch von Algen und anderen im Meer lebenden Organismen bevölkert wird, auch von solchen, die eine Kruste auf dem Material bilden, was die Dichte des Kunststoffes erhöht und diesen im Meerwasser versinken lässt (Thangavelu et al. 2011). Die Kunststoffpartikel, die aus diesem Grund versinken, können später, wenn die angewachsenen Organismen von anderen Meeresbewohnern verzehrt wurden und die Dichte des Kunststoffes wieder abgenommen hat, wieder an die Meeresoberfläche gelangen (Ye und Andrady 1991). Der Anwuchs bewahrt die Kunststoffoberfläche vor Sonnenlicht und behindert somit den Beginn des Oxidationsprozesses. Dies ist ein wichtiger Punkt bei der Verzögerung des Abbaus von Kunststoffen durch Verwitterung im Meer (Pegram und Andrady 1989). Die Abschwächung von UV-Strahlung im Meerwasser geschieht sehr rasch, und lichtinduzierte Reaktionen können unterhalb der euphotischen Zone nicht mehr stattfinden.

 

Tabelle 3.3: Vergleich der verschiedenen Verwitterungseinflüsse in verschiedenen Zonen der marinen Umwelt

Verwitterungseinfluss Landa Strand Wasseroberfläche Tiefwasser oder
Sediment
Sonnenlicht Ja Ja Ja Nein
Temperatur des Testobjekts Hoch Hoch Moderat Niedrig
Sauerstoffgehalt Hoch Hoch Hoch/Moderat Niedrig
Bewuchs (schirmt Sonneneinstrahlung ab) Nein Nein Ja Ja

Landverhältnisse als Vergleichshilfe

 

Der Hauptgrund für eine Verzögerung des witterungsbedingten Abbaus in schwimmenden Testobjekten ist die relativ niedrige Temperatur der Testumgebungen. Bei Kontakt mit einem gut wärmeleitenden Stoff (z. B. Meerwasser) sind die Testobjekte keiner Hitzeentwicklung ausgesetzt und erreichen keine so hohen Temperaturen wie die Testobjekte an Land. Der kombinierte Effekt dieser Faktoren bezüglich des verlangsamten Abbaus wird in Abb. 3.3 dargestellt, die einen Verlust der Dehnbarkeit von Polypropylenen auf der Wasseroberfläche und an Land in Biscayne Bay, Florida, innerhalb der gleichen Zeitspanne vergleicht. Der verlangsamte Abbau durch Verwitterung auf See ist generell bei allen bekannten Kunststoffen zu beobachten. Expandierter Polystyrol-Schaumstoff (EPS) weicht durch Wasser und Wellengang auf und zerfällt rasch in einzelne Polymerkügelchen. Jedoch ist die Verwitterung dieser Kügelchen ein sehr langsam ablaufender Prozess.

 

Abb. 3.3 Prozentuale Veränderung der ursprünglichen Dehnbarkeit von Polypropylen-Folie an der Luft und an der Meeresoberfläche einer Küstenregion (Biscayne Bay, Florida).

Grafik nach freundlicher Genehmigung von Andrady (2011).

 

 

Der anfängliche oxidative Zerfall der Kunststoffmaterialien zeigt sich durch eine Verringerung der mechanischen Eigenschaften. Jedoch bleiben die Riesenmoleküle erhalten, selbst wenn der Abbau größtenteils abgeschlossen ist und die mechanische Festigkeit des Materials nicht mehr gegeben ist. Sowohl Andrady (2011) als auch Klemchuck und Horng (1984) haben gezeigt, dass selbst bei Polyethylenen, die bis zum Punkt der Versprödung verwittert sind und die sich nicht ausgedehnt haben, das durchschnittliche Molekulargewicht bis in die Zehntausendstel g/mol erhalten blieb. Diese werden mit sehr großer Wahrscheinlichkeit nicht weiter durch Photooxidation abgebaut, sodass, im Falle des Anwuchses oder Versinkens im Wasser, nur der langsame biologische Abbau als einzige Möglichkeit bleibt, diese Stoffe aus der Umwelt zu tilgen.

 

Auf Kunststoffabfall im Meer sammelt sich generell ein Biofilm an, der mannigfache Mikroorganismen beheimatet (Ho et al. 1999). Diese Meeresorganismen können Enzyme absondern, die einfache Kunststoffe wie Polyethylene biologisch abbauen, wie man an Oberflächenveränderungen auf den Kunststoffobjekten erkennen kann (Zettler et al. 2013). Doch die relevante Spezies kommt nur selten vor und der biologische Abbau auf hoher See geht nur sehr langsam vonstatten. Genauer gesagt: Obwohl Kunststoffe auf hoher See durch Meeresorganismen biologisch abgebaut werden, ist die Geschwindigkeit dieses Vorgangs viel zu langsam, um die Kunststoffe aus der Umwelt zu entfernen oder auch nur eine Verringerung der mechanischen Festigkeit alleine durch diesen einen Vorgang herbeizuführen. Die Ausnahme bildet die Form der Kunststoffe, sog. aliphatische Polyester, die von ihrer strukturellen Beschaffenheit her einem biologischen Abbau durch vorhandene Mikroorganismen im Meer entgegenkommen (Kita et al. 1997; Sudhakar et al. 2007). Der biologische Abbau verwandelt im Plastik vorhandenen Kohlenstoff in Kohlenstoffdioxid (Narayan 2006). Bei einem einfachen Substrat wie Glukose ist das Produkt davon abhängig, ob der Vorgang aerob oder anaerob abläuft (Tokiwa et al. 2009):

 

Mikroplastik in den Ozeanen

 

Eine weitere, wachsende Bedrohung für die Meeresumwelt sind Mikroplastikteilchen oder Kunststofffragmente in einer Größe, in der sie mit Meeresplankton reagieren können (Cole et al. 2011). Ihr Vorkommen im Oberflächenwasser (Barnes et al. 2009; Song et al. 2014), an Stränden und im Sediment (Katsanevakis et al. 2007) wurde bereits in vielen Teilen der Welt verzeichnet, sogar in der Arktis (Obbard et al. 2014). Zusätzlich kommen Mikroplastikteilchen bereits in Flussmündungen und Süßgewässern vor (Lima et al. 2014).

 

In der Forschungsliteratur werden verschiedene Definitionen und Größen für „Mikroplastikteilchen“ beschrieben (Gregory und Andrady 2003; Betts 2008; Fendall und Sewell 2009). Doch es herrscht zunehmend Einigkeit bei der Kategorisierung von Mikroplastik: Sie sind zwischen 1 mm und >1 μm groß, und die größeren Teilchen beinhalten auch Neukunststoffpellets, sogenannte „Mesokunststoffe“. Die meisten Studien, die das Vorkommen von Kunststoffabfall in den Meeren der Welt behandeln, konzentrieren sich fast ausschließlich auf Mesokunststoffe und größere Kunststoffteile. Studien explizit zu Mikroplastikteilchen (<1 mm) sind selten, da sich die Identifizierung und Quantifizierung dieser mikroskopisch kleinen Partikel als schwierig gestaltet (Löder und Gerdts 2015). Die Planktonnetze, die zur Untersuchung von Oberflächenwassern verwendet werden, haben eine Maschenweite von ~330 Mikrometern und sammeln Mesokunststoffe. Ein Großteil der Fachliteratur verwendet auch dafür den Terminus „Mikroplastik“, was jedoch zu unspezifisch ist, um damit Mesoparktikel und solche im Mikroskala-Bereich gleichermaßen zu bezeichnen. Eine klare Definition der Partikelgrößen ist wichtig, da die Partikelgrößenverteilung die Art der Meeresorganismen bestimmt, die mit diesen interagieren und besonders, die diese Partikel in sich aufnehmen. Zum Beispiel werden Mikroplastikteilchen (sowie Nanoplastikteilchen) von Zooplankton aufgenommen (Frias et al. 2014), das sich am unteren Ende der Nahrungskette befindet, während Mesokunststoffe einschließlich Neukunststoffpellets in Arten wie Delfinen gefunden wurden (Di Beneditto und Ramos 2014). Während Neukunststoffe wie Pellets für die Herstellung von Kunststoffprodukten im Allgemeinen ungiftig und nicht durch Meeresorganismen verwertbar sind, können größere Fragmente Tiere durch Verstopfen des Darmes oder der Atmungsorgane gefährden (Kühn et al. 2015). Das Hauptbedenken ist jedoch, dass Mikroplastikteilchen durch Aufteilung die Konzentration von persistenten organischen Schadstoffen (POPs) im Meerwasser erhöhen. Die Verteilungskoeffizienten für organische Verbindungen einschließlich POPs bewegen sich zwischen 104 und 106. Die Aufnahme durch Meeresorganismen ist ein klarer Weg für den Transfer von in Wasser gelösten Umweltschadstoffen in das maritime Nahrungsnetz. Deshalb können relativ geringe Massenanteile von Mikroplastikteilchen eine unverhältnismäßig große Menge an POPs an den aufnehmenden Organismus weitergeben. Auch wenn Organismen wie Zooplankton nur klein sind und diese eine hohe Bioverfügbarkeit haben, ist die Belastung durch POPs für die Organismen hoch (Frias et al. 2014; Lima et al. 2014). Besorgniserregend ist die Tatsache, dass die niedrigeren Ränge des maritimen Nahrungsnetzes betroffen sind, was negative Auswirkungen auf die gesamte Nahrungskette und den weltweiten Fischbestand haben kann (Betts 2008). Es wurde aber auch vorgeschlagen, dass dieser Weg der Aufnahme unter ausgeglichenen Bedingungen eher zu vernachlässigen ist. (Gouin et al. 2011; Koelmans et al. 2013, 2014). Zumindest im Wattwurm Arenicola marina zeigt die konservative Modellierung, dass der Transfer von POPs (Bisphenol A und Nonylphenol) aus Mikroplastikteilchen in den Organismus insgesamt nur zu Konzentrationen unterhalb der weltweiten Umweltkonzentration dieser Chemikalien führt (Koelmans et al. 2014). Die Herkunft der Meso-, Mikro- und Nanokunststoffe in den Ozeanen ist entweder auf Produkte, in denen diese verarbeitet sind (wie Kosmetika, Sandstrahlgranulate und Neukunststoffpellets) oder auf den verwitterungsbedingten Abbau größerer Kunststoffobjekte in maritimer Umgebung zurückzuführen (Thompson 2015). Wenn Mikroplastikteilchen aus größerem Kunststoffmüll entstehen, geschieht dies größtenteils an Stränden und seltener in der Tiefsee oder im Sediment. Obwohl die Verwitterung durch oxidative Mechanismen bei Polyolefinen (PE und PP) bereits erforscht ist (Ojeda 2011), gibt es noch keine adäquaten Untersuchungen zur auftretenden Versprödung des Materials. Dabei wird es wohl auch bleiben, da Materialwissenschaftler kaum Interesse am Verwitterungsprozess von Kunststoffen über den Punkt der Nutzbarkeit hinaus zeigen. Jedoch tritt die Versprödung noch nach diesem Schritt auf. Das Phänomen der Versprödung ist jedoch durch die Möglichkeit der Mikroplastikbildung hier von besonderem Interesse.

 

Schlussfolgerungen

Die Abbau-Mechanismen, -Wege und kinetischen Ausdrücke sind bereits ausführlich in der Fachliteratur beschrieben. Zu den in großen Mengen verwendeten Kunststoffen wie PE und PP gibt es bereits genaue Informationen. Jedoch reichen diese Studien nicht über die Schwächung der Kunststoffmaterialien bis zur Unverwendbarkeit oder den Fragmentierungsprozess hinaus. Bislang war das Forschungsinteresse bezüglich des Fragmentierungsprozesses oder der Änderungen nach der Größenverteilung der Kunststoffpartikel eher gering. Mit dem steigenden Interesse an Mikroplastik im Meer wird dieser Aspekt des Polymerabbaus mehr Aufmerksamkeit erhalten.

Für die verwendete Literatur siehe den Originalartikel.

 

Advertisements