Forschende des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben in der arktischen Framstraße hohe Mikroplastik-Belastungen in der gesamten Wassersäule sowie im Meeresboden gemessen und durch zusätzliche Modellsimulationen auch eine Erklärung für diese hohe Verschmutzung gefunden. Demnach tragen die zwei Hauptmeeresströmungen in der Framstraße die mikroskopisch kleinen Kunststoffteilchen sowohl aus der Arktis als auch aus dem Nordatlantik in die Meeresregion zwischen Grönland und Spitzbergen ein. Auf ihrem Weg in die Framstraße driften die Kunststoffteilchen dann allmählich in die Tiefe und reichern sich am Meeresboden an. Das berichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in einem Fachartikel, der jetzt im Fachmagazin Environmental Science & Technology erschienen ist.
Die Framstraße zwischen der Nordostküste Grönlands und der arktischen Inselgruppe Spitzbergen ist die einzige Tiefenwasserverbindung zwischen dem Arktischen und dem Atlantischen Ozean. In der bis zu 5600 Meter tiefen Rinne fließen zwei gegenläufige Meeresströmungen wie auf einer Autobahn dicht aneinander vorbei. Auf der östlichen Spur transportiert der Westspitzbergenstrom warmes Atlantikwasser Richtung Norden, während auf der Gegenspur der Ostgrönlandstrom Meereis und kaltes Wasser aus der Arktis Richtung Süden führt. Diese besondere Ausgangslage ist vermutlich der Grund, warum Forschende des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) im Sommer 2016 bei Wasser- und Bodenprobennahmen am Arktis-Tiefsee-Observatorium HAUSGARTEN in der Framstraße außerordentlich viele Mikroplastikpartikel im Sediment gefunden haben und eher durchschnittliche Mengen in der Wassersäule.
Viel Mikroplastik in der Tiefsee und im Eisrandbereich
„Die höchste Konzentration im Wasser treibender Mikroplastikpartikel haben wir an unserer nördlichen Probenstation in der Nähe der Meereiskante gemessen“, berichtet AWI-Biologin und Erstautorin Mine Tekman. In der sogenannten Eisrandzone enthielt ein Kubikmeter Oberflächenwasser mehr als 1200 Mikroplastik-Teilchen, was die Forschenden allerdings wenig überraschte. „Aus vorhergehenden Untersuchungen wussten wir, dass arktisches Meereis mitunter über 12.000 Mikroplastik-Teilchen pro Liter Schmelzwasser enthält. Wenn dieses Eis am Ende seiner Reise im nördlichen Teil der Framstraße schmilzt, entlässt es wahrscheinlich seine Fracht in das Meer, was die hohe Belastung des Oberflächenwassers mit Kunststoffpartikeln erklären kann“, erläutert die Wissenschaftlerin.
Um das 16.000fache höherer fiel die Verschmutzung des Tiefseebodens in der Framstraße aus. Die Untersuchungen verschiedener Bodenproben in einem Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometer (FTIR) ergaben eine Belastung von bis zu 13.000 Mikroplastikpartikeln pro Kilogramm Sediment. „Diese große Partikelmenge und die hohe Anzahl verschiedener Kunststoffarten im Sediment belegen, dass sich Mikroplastik am Meeresboden der Framstraße kontinuierlich anreichert. Das heißt, die Tiefsee dieser Meeresregion ist ein Endlager für mikroskopisch kleine Kunststoffteilchen“, sagt AWI-Tiefseeexpertin und Co-Autorin Dr. Melanie Bergmann.
Eintrag von Kunststoffresten aus Nord und Süd
Bestätigt wird diese Aussage durch Strömungsmodellierungen, in denen die Forschenden simulierten, auf welchem Weg die Mikroplastikpartikel in die Framstraße gelangt sind. Abhängig von der Partikelgröße, der Kunststoffart, der Sinkgeschwindigkeit und der Wassertiefe haben manche Teilchen demnach eine Reise von bis zu 650 Kilometern zurückgelegt, bevor sie den Meeresboden erreichten. „Die Vorstellung, Mikroplastikpartikel könnten eventuell ziemlich schnell und nahezu senkrecht in die Tiefe sinken, ist durch unsere Modellergebnisse wiederlegt“, sagt Melanie Bergmann. Stattdessen werden die Kunststoffreste von den Meeresströmungen mitgerissen und über weite Strecken verdriftet. Insbesondere durch Zusammenballung mit biologischem Material wie Algenresten sinken sie von der Meeresoberfläche durch die Wassersäule bis zum Meeresgrund.
Für die Framstraße bedeutet diese Erkenntnis, dass ein Großteil der am Meeresboden lagernden Kunststoffpartikel aus fernen Regionen stammt. Der Ostgrönlandstrom beispielsweise transportiert Mikroplastik aus dem Arktischen Ozean in die Tiefsee. Bei Probennahmen in seinem Einzugsgebiet fanden die Forschenden vor allem Ethylen-Vinylacetat, ein Kunststoff, der unter anderem für Beschichtungen, Lacke, Papier, Verpackungen oder Schuhsohlen verwendet wird. Der Westspitzbergenstrom dagegen trägt Kunststoffteilchen aus Meeresgebieten südlich Spitzbergens in die Framstraße. Auch diese Erkenntnis spiegelte sich im Kunststoffmix der entsprechenden Proben wider.
Erwähnt werden muss an dieser Stelle auch, dass mehr als die Hälfte aller identifizierten Kunststoffpartikel kleiner war als 25 Mikrometer. Diese Größe entspricht in etwa dem halben Durchmesser eines feinen menschlichen Haares. „Dieser hohe Anteil so kleiner Partikel gibt uns wirklich zu denken, weil sich natürlich sofort die Frage stellt, wie zum Beispiel Tiere auf diese winzigen Kunststoffreste reagieren“, sagt Melanie Bergmann. Britische Kolleginnen untersuchen deshalb aktuell, ob die Kleinkrebse in arktischen Zooplankton-Proben des AWIs Plastik gefressen haben.
Die AWI-Forschenden ihrerseits wollen nun untersuchen, wie sich das Mikroplastik-Aufkommen in der Framstraße im Laufe des Jahres verändert. Dazu setzen sie auf sogenannte Sinkstofffallen, die im arktischen AWI-Tiefseeobservatorium HAUSGARTEN verankert sind und das ganze Jahr hindurch einfangen, was als Partikel oder Meeresschnee von der Wasseroberfläche in die Tiefe sinkt.
„Die jetzt veröffentlichte Studie ist eine wichtige Momentaufnahme, in der wir mit Analysen im Infrarot-Mikroskop einen guten Überblick über die Kunststoffbelastung der Framstraße gewinnen konnten“, so Gunnar Gerdts, AWI-Mikrobiologe und Leiter der Mikroplastik-Analytik Gruppe. 39 Prozent der im Wasser treibenden Teilchen bestanden aus Polyamid, aus dem unter anderem Kunstfasern für Kleidung und Fischernetze hergestellt werden. Fast jedes vierte Kunststoffteilchen aus der Wassersäule konnte als Synthesekautschuk (Ethen-Propen-Dien-Kautschuk) identifiziert werden. Dieser elastische Kunststoff wird unter anderem im Automobil- und Gerätebau, als Teichfolie, für die Abdichtung von Dächern und Fassaden sowie als Füllstoff für Kunstrasenplätze verwendet. In den Ablagerungen am Meeresboden fand das Team vor allem Partikel aus chloriertem Polyethylen (CPE), welches beispielsweise bei der Herstellung von Kabeln, Schläuchen, Folien und Antiblockiersystemen (ABS) eingesetzt wird.
Zusatzinformationen für Redaktionen:
Die Probennahmen für diese Studie fanden von Juni bis Juli 2016 an fünf Stationen des AWI-Tiefseeobservatoriums HAUSGARTEN statt, welches Teil des Arktis-Langzeitobservatoriums FRAM ist. Die Kunststoffanalysen wurden mithilfe eines Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometers (FTIR) an der AWI-Außenstelle Helgoland durchgeführt. Dieses Gerät beleuchtet Mikropartikel mit Infrarotlicht und analysiert die von ihnen reflektierte Strahlung nach einer speziellen mathematischen Methode. Je nach Inhaltsstoffen absorbieren und reflektieren die Teilchen unterschiedliche Wellenlängen, sodass jede Substanz anhand ihres optischen Fingerabdruckes bestimmt werden kann.
Als Mikroplastik werden Plastikpartikel, -fasern, -pellets und andere Kunststofffragmente bezeichnet, die in Länge, Breite oder Durchmesser im Bereich von einem Mikrometer – der tausendste Teil eines Millimeters – bis unter fünf Millimeter liegen. Eine nennenswerte Menge Mikroplastik wird direkt im Meer durch den langsamen Zerfall größerer Plastikstücke freigesetzt. Mikroplastik kann aber auch an Land entstehen, zum Beispiel beim Waschen von synthetischen Textilien oder durch Abrieb von Autoreifen, der zunächst als Staub in der Luft schwebt und dann mit dem Wind oder über Abflüsse ins Meer gelangt.
Originalpublikation
Die Studie ist unter folgendem Titel im Fachmagazin Environmental Science & Technology erschienen:
Mine B. Tekman, Claudia Wekerle, Claudia Lorenz, Sebastian Primpke, Christiane Hasemann, Gunnar Gerdts, and Melanie Bergmann: Tying up Loose Ends of Microplastic Pollution in the Arctic: Distribution from the Sea Surface through the Water Column to Deep-Sea Sediments at the HAUSGARTEN Observatory
