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Plastikteilchen mit einer Größe von weniger als einem Mikrometer sind weltweitt verteilt. Ein Forschungsteam des UFZ, der Universität Utrecht und des Meeresforschungsinstituts NIOZ (NL) hat sich auf die Suche nach Nanoplastik im Nordatlantik gemacht. Die Ergebnisse zeigen, dass winzige Plastikpartikel in allen Tiefenzonen zwischen der gemäßigten und subtropischen Zone des Ozeans zu finden sind. Massenmäßig ist die Menge an Nanoplastik vergleichbar mit dem, was bisher an Mikroplastik gefunden wurde. Deshalb spielt Nanoplastik bei der Plastikverschmutzung der Meere eine viel wichtigere Rolle als bisher angenommen, schreiben die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature.
Plastikmüll verschmutzt weltweit die Meere. Die Kunststoffe schaden Meerestieren, die sich in größeren Teilen wie Netzen und Tüten verfangen oder kleinere Plastikteile mit Nahrung verwechseln, die dann den Magen-Darm-Trakt verstopfen oder verletzen können. Der Großteil der kleinsten Plastikteilchen im Mikro- und Nanobereich wird wieder ausgeschieden, aber ein kleinerer Teil kann durch die Darmwand in den Körper aufgenommen werden und in den Blutkreislauf gelangen.
Doch über wie viel Nanoplastik in den Meeren sprechen wir eigentlich? Die größte wissenschaftliche Aufmerksamkeit galt bisher Plastikteilchen im Makro- und Mikrobereich, da sie sich aufgrund ihrer Größe leichter erforschen lassen. Quantitative Angaben zur Belastung der Ozeane durch Nanoplastikteilchen waren bisher rar, da die Plastikpartikel mit einer Größe von weniger als einem Mikrometer sehr klein, zudem leicht veränderbar und methodisch oft nur schwer von anderen Umweltpartikeln zu unterscheiden sind.
Auf einer Expedition der RV Pelagia, das größte seegängige Forschungsschiff der Niederlande und Flaggschiff des Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ), haben UFZ-Forscher:innen in Kooperation mit der Universität Utrecht im Jahr 2020 entlang eines Transekts im Nordatlantik das Nanoplastikvorkommen erfasst – vom küstennahen europäischen Festlandschelf über den offenen Atlantik bis hin zum subtropischen Nordatlantikwirbel, einem Strömungssystem des Nordatlantiks. An 12 Messstellen wurden Proben gezogen: In der obersten Wasserschicht in rund 10 Meter Tiefe, in der Zwischenschicht in rund 1.000 Meter Tiefe und dann 30 Meter über dem Meeresboden. „Mit den Daten dieser Messstellen können wir Aussagen über die vertikale und horizontale Verteilung von Nanoplastik im Nordatlantik treffen“, sagt Dr. Dušan Materić, Chemiker am UFZ und Erstautor der Studie.
Bei der Analyse der Wasserproben setzten die Forscher:innen auf ein hochauflösendes Protonentransfer-Reaktions-Massenspektrometer (PTR-MS), das mit thermischer Desorption (TD) gekoppelt ist und so die Konzentrationen von organischen Spurengasen messen kann. Mit diesem TD-PTR-MS lassen sich die winzigen Plastikpartikel in den Proben verbrennen. Durch das Erhitzen werden Gase freigesetzt, die anschließend im Massenspektrometer quantifiziert werden können. „Da jedes Polymer einen eigenen chemischen Fingerabdruck von Gasen erzeugt, lassen sich Identität und Konzentration sehr gut ermitteln“, sagt Dušan Materić, der die Methodik im Jahr 2020 an der Universität Utrecht entwickelt hatte.
An allen 12 Messstandorten konnten die Forscher:innen Nanoplastikpartikel nachweisen. „Sie sind überall in so großen Mengen vertreten, dass wir sie ökologisch nicht mehr vernachlässigen können“, bilanziert der UFZ-Chemiker. Am häufigsten fand das Forschungsteam Nanopartikel von Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS) und Polyvinylchlorid (PVC) – allesamt häufige Kunststoffe, aus denen beispielsweise Ein- und Mehrwegplastikflaschen, Folien oder Einwegtrinkbecher und Einmalbesteck bestehen. In der obersten Meerwasserschicht wiesen die Forscher:innen die Kunststoffarten an fast allen Messpunkten nach. „Dies liegt daran, dass zum einen die Weiterverteilung aus der Atmosphäre über die Meeresoberfläche geschieht und zum anderen, dass viel Plastik über die Mündungsbereiche von Flüssen eingetragen wird“, erklärt Dušan Materić. In der Zwischenschicht, der Schicht zwischen dem sauerstoffhaltigen Oberflächenwasser und dem sauerstofffreien Tiefenwasser, dominieren PET-Nanopartikel. „Im subtropischen Wirbel des Nordatlantiks haben wir eine höhere Belastung mit Nanoplastik festgestellt als außerhalb des Wirbels, der aufgrund der Meeresströmungen als Anreicherungszone für Mikroplastik an der Oberfläche bekannt ist.“ In der meeresbodennahen Schicht stellten die Forscher:innen die geringsten Konzentrationen von Nanoplastik fest. Aber auch dort registrierten sie an allen Messstellen PET-Nanoplastik. Selbst in mehr als 4.500 Metern Tiefe fanden sie PET-Nanokunststoffe, die höchstwahrscheinlich aus fragmentierten synthetischen Kleidungsfasern stammen, eventuell aber auch durch bislang unbekannte dynamische Prozesse entstanden sind. „Nanokunststoffe und Nanopartikel sind so klein, dass die physikalischen Gesetze, die für größere Teilchen gelten, oft nicht mehr greifen“, sagt er.
Überraschend war für das Forschungsteam zudem, dass sie an keiner Messstelle Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) nachweisen konnten. PE und PP stecken beispielsweise in Müllsäcken und Plastiktüten, die als Plastikmüll oft in den Meeren landen. „Es gibt sehr viel PE/PP-Mikroplastik an der Meeresoberfläche, aber wir fanden keine PE/PP-Nanopartikel, die beispielsweise infolge von Sonneneinstrahlung oder Abrieb durch den Wellengang hätten entstehen können“, sagt Dušan Materić. Möglicherweise werde PE/PP-Nanoplastik mineralisiert oder so stark molekular verändert, dass es vom Protonentransfer-Reaktions-Massenspektrometer nicht mehr als Plastik erkannt werde oder es könnten andere dynamische Sedimentations- und Entfernungsprozesse ablaufen, die bislang noch nicht bekannt seien.
Basierend auf den Konzentrationsmessungen konnten die Forschenden die Masse von Nanoplastik im Nordatlantik extrapolieren. Demnach lagern in der obersten, bis zu 200 Meter tiefen Wasserschicht des Nordatlantiks von der gemäßigten bis zur subtropischen Zone rund 27 Millionen Tonnen: 12,0 Millionen Tonnen Polyethylenterephthalat (PET), 6,5 Millionen Tonnen Polystyrol (PS) und 8,5 Millionen Tonnen Polyvinylchlorid (PVC). „Das ist etwa die gleiche Größenordnung wie die geschätzte Masse am Makro- und Mikrokunststoff für den gesamten Atlantik“, sagt Dušan Materić. Damit mache Nanoplastik einen großen Teil an der Plastikverschmutzung der Meere aus, was bislang bei der Bewertung des marinen Plastikhaushalts nicht berücksichtigt wurde. „Noch vor ein paar Jahren war umstritten, ob es überhaupt Nanoplastik gibt. Unsere Ergebnisse zeigen nun, dass zumindest in diesem Ozeansystem die Masse von Nanoplastik mit derjenigen von Makro- und Mikroplastik vergleichbar ist“, sagt er.
Dr. Dušan Materić
Head of the Microplastics, Nanoplastics and Elements working group
UFZ-Department Environmental Analytical Chemistry
dusan.materic@ufz.de
Sophie ten Hietbrink, Dušan Materić, Rupert Holzinger, Sjoerd Groeskamp, Helge Niemann: Nanoplastic concentrations across the North Atlantic, Nature,
DOI: 10.1038/s41586-025-09218-1
Dušan Materić / UFZ (links) und Helge Niemann (NIOZ) bei der Probenahme im Nordatlantik
Copyright: NIOZ
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Lehrer/Schüler, Studierende, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler, jedermann
Chemie, Meer / Klima, Umwelt / Ökologie, Wirtschaft
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Dušan Materić / UFZ (links) und Helge Niemann (NIOZ) bei der Probenahme im Nordatlantik
Copyright: NIOZ
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