Mikroplastik in der Meeresumwelt: Ursprung, Konsequenzen und Lösungen

Richard C. Thompson

Kapitel 7:

Mikroplastik in der Meeresumwelt: Ursprung, Konsequenzen und Lösungen

Übersetzt von Iole Carollo und Cristina Rossini

Abstract

Als Mikroplastik bezeichnet man kleine Fragmente von Plastikteilchen, die sich in der Umwelt auf globaler Ebene angesammelt haben. Mikroplastik entsteht aus der direkten Freisetzung von Kunststoffteilchen oder als Folge der Zerkleinerung von größeren Gegenständen.

Es ist in Meereslebensräumen weit verbreitet, von den Polen bis zum Äquator, von der Meeresoberfläche bis zur Tiefsee. Es wird von vielen Organismen aufgenommen, einschließlich kommerziell wichtiger Fische und Schalentiere. Laborstudien zeigen, dass die Einnahme dieser Substanzen toxikologische und/oder physikalische Auswirkungen haben kann.

Jedoch ist das Verständnis dieser Auswirkungen auf Tiere sehr begrenzt. In Zukunft scheint die Zunahme von Mikroplastik in der Umwelt unvermeidlich: Auch wenn man die Ozeane von neuen Plastikteilchen freihalten würde, würde die Fragmentierung der bereits vorhandenen Elemente in den kommenden Jahren weitergehen. Der Begriff Mikroplastik hat sich erst seit einem Jahrzehnt verbreitet. Auf viele Fragen hinsichtlich der schädlichen Auswirkungen haben wir noch keine Antworten, dennoch existieren bereits Lösungsvorschläge zur Verringerung dieser Verschmutzung.

Es gibt erhebliche Synergien, die dadurch erreicht werden können, dass Kunststoffgegenstände so produziert werden, dass sowohl die Betriebslebenszeit als auch das effiziente „End-of-Life“-Recycling in Betracht gezogen werden. Die Abfallverwertung durch Recycling reduziert die Nutzung von nicht erneuerbarem Öl und Gas, die in der Produktion neuer Kunststoffe verwendet werden, und vermindert gleichzeitig die Akkumulierung von Abfällen in Deponien und in der natürlichen Umwelt.

 

Keywords: Mikroplastik • Mikrokügelchen • Akkumulierung • Auswirkungen • Toxikologie • Lösung

 

7.1 Einleitung

 

Mikroplastik wird als Sammelbegriff für eine heterogene Mischung von Teilchen verschiedener Größe (von ein paar Mikrometern bis zu einigen Millimetern Durchmesser), Formen (von kugelförmigen Teilchen bis länglichen Fasern) und Farben (häufig blau und rot) verwendet.

Der Begriff Mikroplastik wird im Bereich der menschengemachten Meeresverschmutzung vor allem seit 2004 verwendet, als Thompson et al. ihn benutzten, um die Akkumulierung von mikroskopischen Kunststoffteilchen in marinen Sedimenten und in der Wassersäule in europäischen Gewässern zu beschreiben. Im letzten Jahrzehnt hat sich das Interesse an diesem Thema erhöht, sodass es heute mehr als 100 Publikationen und zahlreiche Überblicksartikel zu Mikroplastik gibt.

Neben der wissenschaftlichen Forschung existiert ein wachsendes Interesse seitens der Medien, der Öffentlichkeit und der politischen Entscheidungsträger. Das erste Seminar zum Thema Mikroplastik wurde im Jahr 2008 von der National Oceanographic and Atmospheric Agency (Nationale Ozean- und Atmosphärenbehörde)  in den USA veranstaltet, und dieses Thema wurde auch später (2010) im Rahmen der EU-Rechtsvorschriften behandelt (Galgani et al. 2010).

Der Ursprung von Mikroplastikteilchen ist vielfältig. So entstehen sie beispielsweise primär als Folge der Freisetzung von Pellets oder Pulver oder sekundär als Ergebnis der Fragmentierung größerer Gegenstände.

Solche Mikroplastikteilchen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Kunststoffpellets (ca. 5 mm Durchmesser) und -pulver (weniger als 0,5 mm Durchmesser) dienen als industrielles Ausgangsmaterial für die Herstellung größerer Gegenstände und geraten oft durch unbeabsichtigte Ausbringung in Gewässer.

Kleine Kunststoffpartikel, auch als Mikrokügelchen bezeichnet, sind als Schleifmittel in Kosmetikprodukten und in Reinigungsmitteln weit verbreitet. Sie werden in das Abwasser geleitet, bei der Abwasserbehandlung jedoch nicht völlig entfernt und sammeln sich daher in der Umwelt an. Es wird geschätzt, dass allein in den USA jährlich rund 100 Tonnen Mikroplastik in die Meere getragen werden (Gouin et al. 2011). Neben der direkten Freisetzung von primärem Mikroplastik werden größere Kunststoffgegenstände unter Einwirkung von UV-Strahlung und Wärme spröde und fragmentieren schließlich durch die Kraft von Wind und Wellen (Andrady 2015).

Mikroplastikteilchen sind sowohl in natürlichen Lebensräumen als auch in den Organismen, die dort leben, weit verbreitet. Dies betrifft unter anderem benthische Wirbellose, kommerziell wichtige Hummer, zahlreiche Fische, Seevögel und Meeressäuger (Murray und Cowie 2011; Possatto et al 2011; van Franeker et al 2011; Foekema et al 2013; Lusher et al 2013; Rebolledo et al 2013). Unser Verständnis des Mikroplastik hat sich in den letzten zehn Jahren zwar verbessert, aber dennoch haben wir noch nicht genügend Informationen über die relative Bedeutung der verschiedenen Quellen / Ursprünge, der räumlichen Trends in Verbindung mit Größe und Verbreitung, der zeitlichen Trends oder der physischen und toxikologischen Auswirkungen auf Flora und Fauna, zum Beispiel durch die Aufnahme von Mikroplastik (Recht und Thompson 2014).

Kunststoffe sind bekannt für ihre Fähigkeit, persistente organische Schadstoffe und Metalle aus dem Meerwasser zu ab-/adsorbieren (Mato et al 2001; Ogata et al 2009; Teuten et al 2009).

Studien haben gezeigt, dass diese Chemikalien durch Nahrungsaufnahme von Kunststoffen auf Organismen übertragen werden (Teuten et al. 2009) und dadurch Schäden verursachen können (Browne et al. 2013; Rochman et al. 2013; Wright et al. 2013a).

Das Potential für die Übertragung liegt in der Verbindung mit einer speziellen Kombination von Kunststoff und Verunreinigung durch einige Polymere, wie Polyethylen, das ein erhebliches Potential als Verkehrsmittel für Schadstoffe hat (Bakir et al. 2012). Ein zweites toxikologisches Problem ist, dass einige Kunststoffe chemische Zusätze enthalten, die möglicherweise schädlich sind (Rochman 2015). Es gibt Hinweise darauf, dass solche Chemikalien beispielsweise als Sickerwässer in den Deponien oder in aquatischen Lebensräumen in Konzentrationen existieren, die ausreichend sind, um Schäden zu verursachen (Oehlmann et al. 2009).

 

7.2 Definitionen von Mikroplastik

 

Ab dem Jahre 2004 fand der Begriff „Mikroplastik“ eine weitere Verbreitung. Er wird verwendet, um Kunststofffragmente von ca. 20 µm Durchmesser zu beschreiben, welche unter Sedimenten im Tiden- und Subtidenbereich und in Oberflächengewässern in Nordwesteuropa gefunden wurden.

2008 richtete die amerikanische Organisation National Oceanographic and Atmospheric Agency (NOOA) den ersten internationalen Workshop über Mikroplastik in Washington aus. Im Rahmen dieses Treffens wurde eine breitere Arbeitsdefinition erarbeitet, um auch Teilchen mit einem Durchmesser unter 5 mm zu integrieren (Arthur et al. 2009). Die Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie der Europäischen Union kategorisiert Mikroplastik durch eine Obergrenze von 5 mm. Dabei folgte sie dem Beispiel der USA (MSRL Galgani et al. 2010). Zusammenfassend lässt sich aber feststellen, dass es keine allgemeingültige Grenze für die Größe von Mikroplastikteilchen gibt. Die meisten Forscher in diesem Bereich sind sich allerdings sicher, dass unterschiedlich große Teilchen auch unterschiedliche Effekte hervorrufen. Zum Beispiel können kleinere Teilchen ganz andere Folgen mit sich bringen als größere Teilchen, da sich die Teilchen auf Gewebe ansammeln und/oder physiologische Prozesse stören können (Browne et al 2008; Wright et al. 2013C).

 

7.3 Räumliche und zeitliche Muster in der Verteilung von Mikroplastik

 

Die Kenntnisse über die Verteilung von Mikroplastik in Ozeanen und über die Faktoren, die diese Verteilung beeinflussen, sind begrenzt. Es wurden allerdings gezielte Mikroplastikproben und Versuche durchgeführt, um die Menge von Mikroplastik an verschiedenen Standorten zu messen und zu vergleichen. Es wurde nachgewiesen, dass Mikroplastik in Oberflächengewässern, in seichten Gewässern (Browne et al. 2011; Hildago-Ruz et al. 2012), in Tiefseesedimenten (Van Cauwenberghe et al. 2013) sowie in den Verdauungstrakten vieler Organismen, die in diesen Räumen leben (Lusher 2015), weit verbreitet ist: Mikroplastik ist allgegenwärtig. Die Menge an Mikroplastikteilchen in der Umwelt ist beträchtlich und stellt an einigen Standorten die häufigste Ablagerung vor Ort dar (Browne et al. 2010). Im Hinblick auf räumliche Muster haben Browne et al. (2011) einen schwachen Zusammenhang zwischen der Menge an Mikroplastikteilchen und der Bevölkerungsdichte feststellen können

Law et. al. (2010) wiesen durch ihre Forschungen nach, dass die Faktoren, die die Menge von Ablagerungen fördern, für Vorhersagen über die relative Menge von Mikroplastik herangezogen werden können (Law et al. 2010; Fig. 7.5). In Bezug auf die zeitlichen Faktoren, die die Menge an Plastikmüll beeinflussen, weisen sowohl der Nordostatlantik als auch der Nordpazifik eine Anhäufung von Mikroplastik im Laufe der Zeit auf (Thompson et al. 2004; Goldstein et al. 2012). Die Menge an Mikroplastik kann räumlich und zeitlich stark variieren, doch es existiert weder ein klares Verständnis über den Maßstab der Variation, noch über die relative Wichtigkeit der Faktoren oder die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Faktoren, die die Verteilung von Mikroplastik betreffen. Weiterhin ist nicht genau bekannt, ob und welche Arten von Mikroplastikteilchen gefährlich sein können.

 

7.4 Zukünftige Entwicklungen

 

Die Kunststoffherstellung ist von etwa 5 Millionen Tonnen pro Jahr während der 1950er Jahre bis auf über 280 Millionen Tonnen heutzutage angestiegen (Thompson et al. 2009; PlasticsEurope 2011). Am häufigsten wird Kunststoff bei der Herstellung von Einwegprodukten eingesetzt (Thompson et al. 2009). Dies führt zur Anhäufung erheblicher Mengen an Altplastik in Landaufschüttungen, in der natürlichen Umwelt sowie in der Meeresumwelt. Jedoch liegen bisher wenige zuverlässige Schätzungen über die Gesamtmenge oder die relativen Anteile verschiedener Verschmutzungsarten wie Mikroplastikteilchen in der Meeresumwelt vor. Aktuelle Studien haben versucht, die globale Verteilung zu bestimmen (Cózar et al. 2014; Eriksen et al. 2014). Es wäre daher sinnvoll, als nächstes zu ermitteln, wie hoch die Gesamtproduktion von Kunststoffprodukten,  die derzeitig verwendete Menge in Tonnen und die Entsorgung durch eine anerkannte Abfallwirtschaft ist. Auf diese Weise soll der potentiell in der Umwelt vorliegende Anteil an Kunststoffen ermittelt werden (Jameck et al. 2015). Die in den Ozeanen weit verbreiteten Kunststoffabfälle zerfallen zunehmend in kleine Stücke, die sich in der Umwelt verteilen. Konventionelle Kunststoffe sind aber nicht einfach biologisch abbaubar. Die Folge ist, dass sich alle bisher hergestellten Kunststoffe noch auf unserem Planeten befinden (Thompson et al. 2005). Das bedeutet, dass sich die Menge an Mikroplastik aufgrund der Zersplitterung bereits existierender Kunststoffprodukte weiter erhöhen wird, auch wenn die Verwendung von Kunststoffprodukten zukünftig eingestellt werden würde (Thompson et al. 2009; STAP 2011).

 

7.5 Fazit

 

Es ist offensichtlich, dass Mikroplastikteilchen den Meereslebensraum kontaminieren, da bereits eine ganze Reihe von Organismen diese Ablagerungen aufgenommen haben, und bei einigen Arten Kunststofffragmente schon von der Mehrheit der Population aufgenommen wurden. Die Aufnahme solcher Ablagerungen kann besorgniserregende, sowohl körperliche als auch toxikologische Schäden hervorrufen. Leider ist das Verständnis der zukünftigen Entwicklung der Menge an Mikroplastikablagerungen noch beschränkt. Obwohl der Begriff „Mikroplastik“ vor zehn Jahren etabliert wurde und zahlreiche Forschungen durchgeführt wurden, bleiben noch immer mehr Fragen als Antworten über Anhäufung und Folgen der Umweltverschmutzung durch Mikroplastik offen (Law und Thompson 2014). Die Art der Herstellung und des Verbrauchs von Kunststoffprodukten muss dringend verändert werden. Das Bewusstsein darüber, dass die zwei größten Umweltprobleme, d.h. die nicht nachhaltige Verwendung von fossilem Kohlendioxid und die Schmutzablagerungen, durch die Verwendung von Altplastik als Rohmaterial für neue Herstellungsprozesse gelöst werden können, steigt zunehmend. Durch eine solche Lösung könnte eine Kreislaufwirtschaft entwickelt werden, die eine deutlich höhere Ressourceneffizienz mit sich bringen würde (Europäische Kommission 2012).

Für die verwendete Literatur siehe den Originalartikel