Auf der Spur von Mikroplastik in Gewässern

Mikroplastik gelangt auf vielen Wegen in Fließgewässer oder das Meer. Forschende haben nun untersucht, welche Quellen und Einflussfaktoren dabei besonders relevant sein können und wie sich die Plastikteilchen im Wasser verhalten. Solche Grundlagenforschung ist unerlässlich, um Strategien zu entwickeln, wie man die Belastung von Gewässern mit Mikroplastik in Zukunft vermindern kann.

Die Donau, zweitgrößtes Flusssystem Europas, entspringt im Schwarzwald und fließt unter anderem durch Ingolstadt und Passau, bevor sie sich Richtung Osten und ins Schwarze Meer begibt. Den deutschen Abschnitt des Flusses hat das Vorhaben MicBin im Forschungsschwerpunkt „Plastik in der Umwelt“ untersucht: Die Forschenden wollten die Menge an Plastikteilen – größere, kleinere und insbesondere Mikroplastik – ermitteln, die in den Fluss gelangt, und mehr über die Hauptquellen des Plastikeintrags herausfinden. Auch Antworten auf die Fragen, wie Mikroplastik transportiert wird, wo es sich ablagert und wie (schnell) es zerfällt, hat das MicBin-Team gesucht. Ein weiteres Forschungsteam aus dem Verbund hat sich mit der Weser befasst: Im Projekt PLAWES ging es darum, eine Kunststoffbilanz für das System Weser-Nationalpark Wattenmeer zu erstellen. Dafür analysierten die Forschenden vor allem die Kontamination mit Mikroplastik in Weser, Wesermündung und Wattenmeer. Fragen, die beide Forschungsteams außerdem beschäftigten: Wie kann Mikroplastik im Wasser überhaupt sinnvoll beprobt, aufbereitet und gemessen werden? Wie lassen sich die Ergebnisse modellieren, um besser zu verstehen, wie sich Mikroplastik in der Umwelt in Zeit und Raum verteilt? Und mit welchen Strategien kann man Einträge vermindern?

Viele Fragen, hohe Komplexität – und eine schwierige Datenlage. Das beginnt schon bei der Messung: Bislang existieren keine standardisierten Methoden zur Probenahme, Aufbereitung und Analyse von Mikroplastik, wie MicBin-Projektkoordinatorin Dr. Nicole Zumbülte berichtet. Bei MicBin ebenso wie PLAWES kombinierten die Wissenschaftlerinnen Feldmessungen mit Laboranalysen und der Modellierung von Daten, um Genaueres über Einträge, Konzentrationen, Transport und Verbleib von Mikroplastik in Gewässern herauszufinden. Dabei stellten sie zum Beispiel fest, dass die Mikroplastik-Gehalte im Gewässer stark schwanken und jede Probe immer nur eine Momentaufnahme ist.

Die Analyse von Mikroplastik ist sehr aufwändig: Die Teilchen müssen im Labor von den Filtersieben abgelöst und von anderen Partikeln wie Sand oder Pflanzenresten abgetrennt werden. Dieser Schritt kann bis zu vier Tage pro Probe dauern, was auch daran liegt, dass bei der Analyse eine Verunreinigung durch Mikroplastik vermieden werden muss, welches etwa aus der Luft, von der Kleidung oder durch Laborutensilien nachträglich in die Proben gelangt.

Um den Eintrag in Fließgewässer abzuschätzen, haben die MicBin- und PLAWES-Teams eine Vielzahl von Wegen berücksichtigt, auf denen Mikroplastik ins Wasser gelangt. Bei diesen so genannten Eintragspfaden kann man grundsätzlich unterscheiden zwischen punktuellen Einträgen, etwa dem Abfluss von Kläranlagen, und flächenhaften oder diffusen Einträgen, zum Beispiel über den Oberflächenabfluss und die Bodenerosion. Beim flächenhaften Eintrag in Gewässer müssen zuerst die Einträge in die Fläche der jeweiligen Einzugsgebiete gemessen oder aus anderen Daten abgeschätzt werden. Anschließend wird der Transport aus der Fläche ins Gewässer berechnet.

Der wichtigste flächenhafte Eintrag ist die atmosphärische Belastung, für die im Projekt MicBin eigene Messungen im Einzugsgebiet der Donau durchgeführt wurden. Dabei wiesen die Forschenden sogar Einträge auf der Zugspitze nach, von der ebenfalls Wasser in die Donau abfließt.

Ein weiterer wichtiger Mikroplastik-Eintragspfad in die Fläche ist die Landwirtschaft. Die Forschenden beider Projektteams haben sich zwei Eintragswege in die Böden genauer angeschaut: über die Nutzung von Plastikprodukten, beispielsweise Folien im Gemüsebau, und über Dünger, vor allem Klärschlamm und Kompost. Da auch hier die Datenlage noch sehr lückenhaft ist, haben die Wissenschaftler*innen mit Hilfe von Literatur- und Landnutzungsdaten, Statistiken und Meinungen von Fachleuten die von Folien und Dünger ausgehenden jährlichen Mikroplastik-Emissionen in Deutschland modellhaft abgeschätzt. Danach steigen die Einträge seit 1990 stark an, am stärksten bei Kompost, der heute mit gut 600 Tonnen den größten Anteil an Mikroplastik-Emissionen aus der Landwirtschaft hat. Auf Folien entfallen etwa 100, auf Klärschlamm mehr als 300 Tonnen. Dabei kann es regional starke Abweichungen geben; für das Weserflusssystem (Projekt PLAWES) beispielsweise ist Klärschlamm der bedeutendste landwirtschaftliche Eintragsweg. Diese Abschätzungen sind aber mit großer Vorsicht zu betrachten, da aufgrund der sehr spärlichen Datenbasis sehr große Unsicherheiten bestehen. Die errechneten Ergebnisse bieten jedoch erstmals eine räumliche Abschätzung der landwirtschaftlichen Mikroplastik-Einträge.

Gelangt Mikroplastik in Fließgewässer, wird es weiter in Richtung Meer transportiert oder lagert sich ab. Der Transport ist stark von der Partikelgröße und der Interaktion mit dem Sediment abhängig. Das PLAWES-Team ermittelte, dass insbesondere kleineres Mikroplastik die offene See erreicht. Auch hier arbeiten die Forschenden mit Modellierung: Sie ermöglicht flächendeckende Aussagen darüber, wo Mikroplastik in Gewässern vorkommt und wie es sich ausbreitet. Ein Modell für das Flussgebiet der bayerischen Donau haben die Forschenden aus dem MicBin-Vorhaben mit eigenen Messdaten gefüttert. Es gibt unter anderem Aufschluss darüber, in welchen Flussabschnitten erhöhte Mikroplastikmengen vorliegen könnten. Modellierungen liefern auch Hinweise für konkrete Maßnahmen, zum Beispiel wie sich im bayerischen Donaueinzugsgebiet vermeiden lässt, dass jährlich bis zu 290 Tonnen Makroplastik in die Gewässer gelangen. Ein Ansatz wäre, dass Treibgut, das sich an den Rechen von Wasserkraftanlagen sammelt, regelmäßig entfernt und entsorgt wird. Damit wird auch verhindert, dass sich sogenanntes sekundäres Mikroplastik bildet, welches unter bestimmten Umweltbedingungen relativ schnell aus Plastikmüll entstehen kann und dann einen großen Anteil der Mikroplastikbelastung ausmacht.

Dafür, dass Mikroplastik entsteht und sich verbreitet, ist jede*r Einzelne mit verantwortlich, wie die Teams beider Forschungsvorhaben in ihren Ergebnisberichten deutlich machen: Ein besonders wichtiger Eintragsweg ist nämlich achtlos entsorgter Plastikmüll. Jeder „verlorene“ Mundschutz, jede Plastikflasche, die im Bach schwimmt, wird früher oder später zu Mikroplastik. Um Kinder und Jugendliche für Vermüllung als Quelle für Makro- und Mikroplastik zu sensibilisieren, haben beide Forschungsteams Müllsammelaktionen veranstaltet und Laborexperimente durchgeführt. Es wäre eine „saubere“ Sache, wenn solche Aktionen an möglichst vielen Orten Schule machen.

*Das Interview mit MicBin-Koordinatorin Dr. Nicole Zumbülte vom 30. April 2021, aus dem dieser Text Informationen verwendet, ist hier abrufbar: Mikroplastik in der Umwelt – BMBF

** Foto: CC Michael LoCascio, Wikimedia Commons

***Text von Wiebke Peters