Bereits Kunde? Jetzt einloggen.
Lesezeit ca. 15 Min.

ÖKOLOGIE DEM MIKROPLASTIK AUF DER SPUR


Spektrum der Wissenschaft - epaper ⋅ Ausgabe 9/2020 vom 15.08.2020

Überall in unserer Umwelt finden sich kleinste Kunststoffteilchen. Während längst eine große Debatte darüber läuft, wie wir die Flut an Mikroplastik eindämmen können, ist noch nicht klar, wie die Partikel auf Organismen wirken.


Artikelbild für den Artikel "ÖKOLOGIE DEM MIKROPLASTIK AUF DER SPUR" aus der Ausgabe 9/2020 von Spektrum der Wissenschaft. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Spektrum der Wissenschaft, Ausgabe 9/2020

Carolin Völker (links) und Johanna Kramm leiten die Forschungsgruppe PlastX am ISOE − Institut für sozial-ökologische Forschung in Frankfurt am Main.

►spektrum.de/artikel/1752448

SERIE

Kunststoffe heute und morgen

Teil 1: September 2020
Dem Mikroplastik auf der Spur
Carolin Völker und Johanna Kramm

Teil 2: Oktober 2020
Chemisches Recycling
Tamara Worzewski

Teil 3: November 2020

Weiterlesen
epaper-Einzelheft 5,99€
NEWS 14 Tage gratis testen
Bereits gekauft?Anmelden & Lesen
Leseprobe: Abdruck mit freundlicher Genehmigung von Spektrum der Wissenschaft. Alle Rechte vorbehalten.

Mehr aus dieser Ausgabe

Titelbild der Ausgabe 9/2020 von SPEKTROGRAMM. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
SPEKTROGRAMM
Titelbild der Ausgabe 9/2020 von TITELTHEMA DEUTSCHLAND IM KLIMAWANDEL. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
TITELTHEMA DEUTSCHLAND IM KLIMAWANDEL
Titelbild der Ausgabe 9/2020 von FORSTÖKOLOGIE. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
FORSTÖKOLOGIE
Titelbild der Ausgabe 9/2020 von MEERE. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
MEERE
Titelbild der Ausgabe 9/2020 von BINNENGEWÄSSER. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
BINNENGEWÄSSER
Titelbild der Ausgabe 9/2020 von FORSCHUNG AKTUELL: AGUADA FÉNIX DIE GEBURTSSTUNDE DER MAYA. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
FORSCHUNG AKTUELL: AGUADA FÉNIX DIE GEBURTSSTUNDE DER MAYA
Vorheriger Artikel
KÜNSTLICHE INTELLIGENZ DIE ZUKUNFT DER RADIOLOGIE
aus dieser Ausgabe
Nächster Artikel SCHLICHTING! CAPPUCCINO MIT DÄMPFER
aus dieser Ausgabe

... Hans-Josef Endres und Frederik Wurm

Grün fluoreszierende Mikroplastikpartikel im Verdauungstrakt des Großen Wasserflohs (Daphnia magna).


@@►»Es waren im Durchschnitt etwa 3500 Kunststoffpartikel pro Quadratkilometer. (…) Bei den meisten Stücken handelte es sich um harte, weiße, zylindrische Pellets mit einem Durchmesser von etwa 0,25 bis 0,5 Zentimetern und abgerundeten Enden. Chemische Verwitterung und Wellenbewegung könnten die Pelletform erzeugt haben. Viele Stücke waren spröde, was darauf hindeutet, dass die Weichmacher durch die Verwitterung entwichen sind. Einige hatten scharfe Kanten, was entweder auf einen kürzlich erfolgten Eintrag ins Meer oder auf Fragmente kürzlich zerbrochener größerer Plastikteile hindeutet. Einige wenige Partikel (sechs Prozent) waren grün, blau oder rot gefärbt, und es gab auch eine kleine Anzahl von durchsichtigen Kunststofffolien. Mehrere größere Stücke konnten als Verschlusskappen von Spritzen, Zigarrenspitzen, Schmuck und Knöpfe identifiziert werden. Aus der Vielzahl der identifizierbaren Objekte war ersichtlich, dass viele Arten von Kunststoffen vorhanden waren.«

So berichteten die Wissenschaftler Edward Carpenter und K. L. Smith von der Woods Hole Oceanographic Institution bereits 1972 über die Funde auf ihrer dreiwöchigen Forschungsreise in die westliche Sargassosee, auf der sie die Meeresoberfläche mit Hilfe von feinsten Netzen durchkämmten – eigentlich, um das Plankton zu untersuchen. Zusätzlich zu den winzigen Organismen stießen sie auf verschiedene Plastikfragmente, die sie in einem Artikel in der Fachzeitschrift »Science« beschrieben. Doch erst rund 30 Jahre später prägte der Meeresbiologe Richard Thompson den Begriff, mit dem wir heute winzige Plastikteile in der Umwelt bezeichnen: Mikroplastik.

Heute ist Mikroplastik keine zufällige Entdeckung mehr. Planktonnetze setzt man vielmehr gezielt ein, um Meeren und Ozeanen sowie Flüssen und Seen Plastikpartikel für Analysen zu entnehmen. Heute wie damals will man dadurch herausfinden, wie verbreitet sie sind und wo sie in der Umwelt vorkommen, welche Schadstoffe mit den Partikeln eingetragen werden und welche Folgen sich für das Ökosystem ergeben können. Und nicht zuletzt wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verstehen, woher die winzigen Bruchstücke stammen und wie sich ihr Eintrag in die Umwelt verhindern lässt. Obwohl die Auswirkungen von Mikroplastik gerade in den letzten 15 Jahren zunehmend untersucht wurden, sind viele Fragen nach wie vor nicht vollständig beantwortet. Das liegt unter anderem daran, dass Forschung auf diesem Gebiet für die Wissenschaft eine besondere methodische Herausforderung darstellt.

So ist es bereits schwierig zu erfassen, welche Mengen tatsächlich in die Ökosysteme gelangen. Zunächst haben sich die Forscher auf Ozeane und Meere fokussiert, in denen sie die ersten zufälligen Funde gemacht hatten. Wegweisend war dazu die Arbeit des Meeresbiologen Richard Thompson von der University of Plymouth und seines Teams. Im Jahr 2005 fassten sie die zahlreichen kleinen Plastikfragmente in einer Publikation zum ersten Mal unter dem Begriff Mikroplastik zusammen. Bei der Untersuchung von Stränden und Sedimenten an der Küstenregion um Plymouth (Großbritannien) hatten sie Bruchstücke entdeckt, die sie neun unterschiedlichen Polymeren zuordnen konnten. Mit ihrer Veröffentlichung lenkten sie die Aufmerksamkeit von Wissenschaft und Öffentlichkeit von den großen, sichtbaren Abfallansammlungen in den Meeren vermehrt auf die verdeckte Kontamination mit fein zerriebenen Plastikpartikeln.

Die Funde überall auf der Welt spiegeln wider, was wir im Alltag verwenden

In den darauf folgenden Jahren erschienen viele weitere Studien, die mit unterschiedlichen Methoden nachwiesen, dass die kleinen Teilchen überall im Meer vorkommen – selbst an so abgelegenen Orten wie der Tiefsee oder der Arktis. »Hotspots« der Verunreinigung sind die fünf großen ozeanischen Wirbel, in denen sich auf Grund der Meeresströmungen schwimmende Kunststoffabfälle ansammeln. In Europa wies man Mikroplastikfragmente in der Ost- und Nordsee sowie im Mittelmeer nach. Aber nicht nur im Wasser, wo stärker kontaminierte Proben mehrere hundert Partikel pro Liter enthalten, sind sie vorhanden, sondern ebenso in Sedimenten von Küsten und Meeresböden. Dort finden sich meist bis zu 100 Partikel pro Kilogramm, an stärker verschmutzen Stellen wie etwa Häfen oder Flussmündungen sind es sogar mehrere hundert bis zu 1000. Und an Stränden schwemmen die Gezeiten die feinen Stückchen ebenfalls an, wo sie sich teilweise in sichtbar großen Mengen ansammeln, wie die Bilder des Strands von Famara auf Lanzarote eindrücklich zeigen (siehe Fotos rechts und auf S. 62).

Die Partikel bestehen vorwiegend aus Kunststoffen des alltäglichen Gebrauchs, die in großen Mengen produziert werden: Das sind beispielsweise gängige Verpackungsmaterialien wie Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET) und Polypropylen (PP), das zur Produktion von Styropor oder Schaumstoffen benötigte Polystyrol (PS) sowie Polyvinylchlorid (PVC), aus dem sich Fußbodenbeläge oder Gartenstühle herstellen lassen. Häufig finden sich zudem Polyamidfasern (Nylon) darunter, die sich aus Fischernetzen lösen. Bis auf die Netze, die auf See verloren gehen, stammen die meisten anderen Plastikfragmente von Produkten, die auf dem Festland verwendet werden und ihren Weg ins Meer gefunden haben. Das geschieht zum einen über Flüsse, denen sich die Forschung zu Mikroplastik in den letzten Jahren verstärkt gewidmet hat. Auch hier wurden rund um den Globus unterschiedliche Mengen an Partikeln entdeckt. Besonders häufen sich die Funde etwa in der Nähe von Produktionsstätten: Hier können feine Kunststoffgranulate, die zur Herstellung von Plastikprodukten verwendet werden, verloren gehen und mit dem Abwasser in die Flüsse gelangen. Auf dem gleichen Weg erreichen außerdem winzige Plastikfragmente aus Haushalten die Gewässer. Das können etwa Fasern von Kleidung sein, die sich beim Waschen lösen, oder Mikroplastikpartikel aus Kosmetikprodukten. Doch genauso trägt Regenwasser, das von Flächen abläuft, kleine Kunststoffreste in die Gewässer ein, wie den Abrieb von Autoreifen und Splitter von Baustoffen oder Lacken – also Stadtstaub, der zu einem großen Anteil aus Mikroplastik besteht.

AUF EINEN BLICK

FEIN VERTEILT UND ÜBERALL

1 Weltweit finden sich in nahezu allen Ökosystemen feinste Plastikfragmente.

2 Welche Folgen Mikroplastik für die Umwelt hat, ist noch nicht sicher abzuschätzen.

3 Die winzigen Partikel machen nur einen kleinen Teil der Verunreinigung mit Kunststoffen aus.

Die Gezeiten spülen zahlreiche Kunststoffteilchen an den Strand von Famara auf Lanzarote.


Durch die breite Verwendung von Kunststoffprodukten in unserem Alltag sind in der Luft über dicht besiedelten Regionen feine Plastikpartikel zu finden – was naheliegend ist. Niederschläge waschen sie aus und transportieren sie in Gewässer. Und Böden gelten ebenfalls als belastet: Mikroplastikteilchen vermutet man vor allem auf landwirtschaftlichen Flächen, auf denen beispielsweise Kunststofffolien zum Einsatz kommen oder auf denen Kompost oder Klärschlamm als Dünger dienen. Denn bei der Klärung von Abwasser, das mit Mikroplastik belastet ist, verbleiben über 95 Prozent der Partikel im Schlamm. Werden Felder mit solchem Schlamm gedüngt, gelangen auch die Partikel auf die landwirtschaftlichen Flächen.

Genaue Zahlen dazu, wie stark Wasser, Boden und Luft belastet sind, existieren bisher nicht. Die Werte beruhen auf Einzelmessungen oder Schätzungen und unterscheiden sich von Region zu Region stark. In deutschen Flüssen beträgt der höchste gemessene Wert umgerechnet 0,2 Partikel pro Liter Flusswasser, während Proben aus dem Ozean im selben Volumen mehrere hundert Teilchen enthalten können. Die Plastikfragmente stammen je nach Gebiet aus unterschiedlichen Quellen: Im Ozean machen sekundäre Partikel, also solche, die aus dem Zerfall größeren Plastikmülls entstehen, den höchsten Anteil aus. In deutschen Gewässern hingegen lässt sich die Belastung vor allem auf den Abrieb von Reifen sowie den Verschleiß von Baumaterialien zurückführen. Plastikpartikel, die aus Kosmetikprodukten über den Abwasserpfad die Umwelt erreichen, tragen nur einen sehr geringen Teil dazu bei.

Schwierige Spurensuche

Mikroplastik in der Umwelt nachzuweisen, ist aus vielerlei Gründen aufwändig und schwierig. Denn zum einen sind die Partikel vielfältig und können sich je nach ihren chemischen Eigenschaften in unterschiedlichen Umweltkompartimenten – also Luft, Böden oder Gewässern – sammeln. Zum anderen fehlen bislang einheitliche analytische Methoden. Somit unterscheiden sich Messergebnisse teilweise erheblich voneinander, je nachdem, mit welchen Verfahren die mikroskopisch kleinen Stückchen gesammelt und analysiert wurden. Partikel im Ozean filtert man zumeist mit Planktonnetzen aus dem Wasser, wobei sich im Netz anschließend gemeinsam mit ihnen viele andere Schwebstoffe (etwa natürliche Partikel oder Plankton) befinden, von denen die Plastikteilchen getrennt werden müssen. Das gleiche Problem ergibt sich, wenn man eine Sediment- oder eine Bodenprobe analysiert – weil eine solche zu einem Großteil aus Sand und organischen Substanzen besteht, die nur schwer von den zu untersuchenden Teilchen zu separieren sind.

denen die Plastikteilchen getrennt werden müssen. Das gleiche Problem ergibt sich, wenn man eine Sediment- oder eine Bodenprobe analysiert – weil eine solche zu einem Großteil aus Sand und organischen Substanzen besteht, die nur schwer von den zu untersuchenden Teilchen zu separieren sind. vieler weiterer Organismen nachgewiesen, darunter in zahlreichen unterschiedlichen Fischarten und Muscheln. Schädliche Effekte auf die Tiere – wie es oft bei größeren Plastikteilen, an denen Wildtiere verenden können, der Fall ist – zeigten sich im Fall von Mikroplastik jedoch nicht direkt.

Um die Auswirkungen der Partikel genauer zu verstehen, setzt man Wasserorganismen in Laborstudien Mikroplastikpartikeln aus und untersucht die Folgen. Wie sich hierbei beobachten ließ, nehmen Kleinstlebewesen in den Gewässern, also kleine Schnecken, Wasserflöhe und andere planktonische Organismen, die Teilchen ebenfalls auf (siehe Bild auf S. 59). Die meisten der Tierchen scheiden sie laut den Studien aber problemlos wieder über den Verdauungstrakt aus.

In manchen Fällen haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler jedoch schädliche Effekte nach der Aufnahme von Mikroplastik nachgewiesen. So zeigten sich bei Miesmuscheln Entzündungsreaktionen in den Zellen, während Wasserflöhe langsamer wuchsen und sich weniger fortpflanzten. Es gibt unterschiedliche Theorien über die genauen Wirkungsmechanismen auf die Lebewesen, die allerdings noch nicht bewiesen sind. Zum einen können Substanzen wie Weichmacher aus den Partikeln austreten und Organismen schädigen, zum anderen kann schon allein die Form der mikroskopisch kleinen Stücke Verletzungen im Verdauungstrakt auslösen. Besonders winzige Partikel mit einer Größe von nur einigen Nanometern stehen im Verdacht, aus dem Verdauungstrakt in die Zellen aufgenommen zu werden und dort toxisch zu wirken. Genauso kommen indirekte Effekte nach der Aufnahme in den Verdauungstrakt in Frage: etwa, dass die Tiere auf Grund eines verstopften Darms weniger Nahrung zu sich nehmen und dadurch schlechter wachsen. Darüber hinaus lagern sich organische Schadstoffe an Mikroplastikpartikel in der Umwelt an, können gemeinsam mit ihnen in die Tiere gelangen und sie dadurch schädigen. Die möglichen Effekte sind also so divers wie die Teilchen selbst. Bei der Untersuchung biologischer Folgen muss man daher verschiedene Plastikarten sowie unterschiedliche Formen und Größen der Partikel berücksichtigen, da all diese Faktoren Folgen für die Organismen haben können.

Plastikfragmente in der Umwelt bestehen aus Bruchstücken größeren Abfalls oder aus kleinen Kügelchen, die für die Herstellung von Kunststoffprodukten benutzt werden.


Was ist Mikroplastik?

Als Mikroplastik bezeichnet man generell alle Kunststofffragmente, die kleiner sind als fünf Millimeter. Sie entstehen, wenn größerer Plastikmüll verwittert und dadurch in immer kleinere Teile zerfällt oder zerrieben wird.

Die winzigen Bruchstücke erreichen aber ebenso über andere Wege die Umwelt: So verwendet man für die Herstellung von Kunststoffprodukten beispielsweise feine Granulate, die an den Produktionsstätten in Böden, Luft oder Gewässer gelangen können. Darüber hinaus enthalten bestimmte Körperpflege- und Reinigungsmittel kleine Mikroplastikkügelchen, die für einen Schleifeffekt sorgen. Nach der Nutzung solcher Produkte finden sie über das Abwasser den Weg in die Ökosysteme. Kunststoffteilchen, die durch Verwitterung entstehen, fasst man als »sekundäres Mikroplastik« zusammen, während die direkt für bestimmte Anwendungen produzierten Pellets und Granulate als »primäres Mikroplastik« bezeichnet werden.

Nicht nur ihre Herkunft, auch die Partikel selbst sind höchst uneinheitlich. Sie bestehen aus verschiedenen Polymerarten, haben unterschiedliche Größen und Farben, und ihre Form reicht von Kügelchen über scharfkantige Fragmente bis hin zu feinen Fasern. Die Vielfalt der Plastikpartikel, die in der Umwelt auftreten, spiegelt somit gewissermaßen das breite Spektrum an Kunststoffprodukten und deren Verwendungsarten in unserem Alltag wider.

Mikroorganismen besiedeln die kleinen Teilchen in der Umwelt recht schnell und bilden auf ihnen einen so genannten Biofilm. Neben der generellen Verwitterung tragen die Mikroben dazu bei, dass sich die Fragmente nach und nach immer weiter zersetzen. Das Ergebnis sind winzige, oft als Nanoplastik bezeichnete Partikel. Theoretisch können Tiere sie ebenfalls aufnehmen, wobei über die möglichen Effekte noch wenig bekannt ist. Mit der Zeit werden selbst die kleinsten Plastikteilchen in der Umwelt vollständig in einzelne Moleküle zersetzt oder mineralisiert, das heißt in Kohlenstoffdioxid und Wasser zersetzt. Wie lange dieser Prozess dauert, hängt stark von der jeweiligen Plastiksorte und dem Ablagerungsort ab.

Mehr als 100 verschiedene Substanzen in einem Partikel

Laut aktuellen Studien enthalten Mikroplastikpartikel, je nachdem, aus welchem Produkt sie stammen, unterschiedliche Mischungen von Chemikalien. Ein einziger kann teilweise über hundert verschiedene Substanzen beherbergen. Treten die Stoffe aus den winzigen Fragmenten aus, schädigen sie Wasserflöhe, was sich im Laborversuch unter anderem durch eine geringere Vermehrung äußert. Man kann jedoch nicht annehmen, alle Mikroplastikstückchen wirkten nach einem solchen Mechanismus. Für Partikel anderer chemischer Herkunft ließ sich kein Effekt der Chemikalienmischung nachweisen, und dennoch schadeten die Teilchen den Versuchsorganismen leicht. Es müssen demnach darüber hinaus andere, partikelspezifische Faktoren wie Größe, Form oder Oberflächenbeschaffenheit eine Rolle bei der giftigen Wirkung spielen, wenngleich in geringerem Ausmaß.

Da die Mikroplastikstückchen so vielfältig sind, ist lediglich ein Bruchteil von ihnen untersucht, und es lassen sich nur unsichere Vorhersagen über die Folgen für die Umwelt treffen. Die bisher durchgeführten Labortests sagen für sich genommen nämlich wenig über die tatsächlichen Konsequenzen für die Ökosysteme aus, sondern müssen ins Verhältnis zu den Mengen gesetzt werden, in denen Mikroplastik dort vorkommt. So hat man im Labor bis heute fast alle Effekte erst bei sehr hohen Konzentrationen nachgewiesen (bis zu Millionen Partikeln pro Liter), in der Umwelt finden sich allerdings viel geringere Mengen (einige hundert Teilchen pro Liter – das heißt, 10 000-mal weniger). Darüber hinaus wurde in den meisten Studien nicht getestet, wie natürlich vorkommende Partikel (beispielsweise Sand) in hohen Konzentrationen auf die Tiere wirken. Es ist also nicht zu erwarten, dass Mikroplastikpartikel akut giftig für Lebewesen sind.

Trotzdem sollen die Ergebnisse keine Entwarnung für die Kontamination mit Kunststoffabfällen geben. Denn die mikroskopischen Verunreinigungen sammeln sich auf Grund ihrer langen Abbauzeiten in der Umwelt immer weiter an, wodurch ihre Konzentrationen dort ständig steigen. Darauf wiesen bereits die Autorinnen und Autoren in den Studien der 1970er Jahre hin. Darüber hinaus nimmt die Produktion von Plastikprodukten weltweit stetig zu – und in der Folge die Abfallmengen sowie deren Einträge in die Ökosysteme. Mittlerweile ist über die weit reichende Verunreinigung mit kleinsten Plastikfragmenten auch außerhalb der Wissenschaft eine Diskussion entbrannt, die sich vor allem um die möglichen Auswirkungen von Mikroplastik auf die menschliche Gesundheit dreht sowie um die Frage, wie sich dessen Eintrag in die Umwelt vermeiden lässt.

Aufbau und Inhaltsstoffe von Plastik

Kunststoffe sind weder ein einheitliches Material noch bestehen sie aus einer einzigen Substanz. Gemeinsam ist ihnen, dass sie hauptsächlich Makromoleküle enthalten. Das sind Polymere, die aus sich wiederholenden Grundeinheiten (Monomeren) aufgebaut sind. So besteht der Kunststoff Polyethylen (PE) aus tausenden aneinandergereihten Ethyleneinheiten. Das Polymer an sich macht allerdings noch nicht den fertigen Kunststoff aus. Diesem setzt man während der Produktion noch einige Stoffe zu, die so genannten Additive.

Solche Zusatzstoffe verbessern den Produktionsprozess sowie die Erscheinung und die Eigenschaften des Endprodukts. Abhängig davon, wo sie zum Einsatz kommen – sei es als Gehäuse eines Laptops, als Fasern für Kleidung oder als Verpackung für Lebensmittel –, müssen die Kunststoffe spezifische Anforderungen erfüllen, etwa beständig gegen Hitze oder Feuchtigkeit, hart oder flexibel sein. Je nach erwünschter Funktion fügt man dem Polymer eine Kombination an Zusatzstoffen bei. Bekannte Additive sind Weichmacher wie Phthalate, Flammschutzmittel wie polybromierte Diphenylether, Antioxidanzien wie Bisphenol A (BPA) und Butylhydroxytoluol (BHT), Farbstoffe wie Nonylphenol und antimikrobielle Wirkstoffe wie Triclosan.

Neben diesen gezielt zugesetzten Verbindungen gelangen während der Herstellung und Verarbeitung weitere Substanzen in den Kunststoff. Dazu gehören Chemikalien, die für die Produktion notwendig sind (beispielsweise Katalysatoren und Lösemittel), sowie Reaktions- und Abbauprodukte, die bei der Herstellung entstehen. Die meisten im Plastik enthaltenen chemischen Substanzen sind nicht fest mit dem Polymer-Grundgerüst verknüpft. Somit können sie mit der Zeit austreten. Gelangen Kunststoffabfälle in die Umwelt, können die dort herrschenden Bedingungen wie Sonneneinstrahlung und Wasserströmungen die Freisetzung und Verteilung der Substanzen noch weiter begünstigen.

Bis das Thema gesellschaftlich relevant wurde, dauert es von den ersten Funden in den 1970er Jahren allerdings Jahrzehnte. Hierfür war besonders von Bedeutung, dass die Teilchen nicht nur in Meeren, sondern auch in Seen und Flüssen auftauchten und somit immer näher an den Menschen heranrückten. So detektierten Marcus Eriksen vom 5 Gyres Institute und sein Team im Jahr 2013 Mikroplastik in den Großen Seen Nordamerikas, und genauso entdeckten Wissenschaftler Plastikfragmente in Binnengewässern Deutschlands und Italiens. Die Studien fanden in den Medien großen Anklang und lösten Fragen nach der Herkunft der Partikel aus sowie dazu, welche Auswirkungen die Funde auf das Trinkwasser oder Speisefische und damit auf den Menschen haben könnten.

Eriksen und sein Team identifizierten ihre Beute aus den Großen Seen hauptsächlich als so genannte »microbeads«, also als Mikroplastikpartikel, die in Kosmetik- und anderen Pflegeprodukten enthalten sind. Zur Erklärung, woher die Partikel in den Gewässern stammten, verwies man häufig auf Kläranlagen. Diese würden die winzigen Stücke nicht ausreichend zurückhalten und über das Abwasser freisetzen. Mit dieser Argumentation wurde eine klare Ursache- Wirkungs-Kette kommuniziert: »Mikroplastik in der Umwelt stammt aus Kosmetikprodukten und wird über das Abwasser eingetragen.« Dadurch war es einfach, die Verantwortlichen auszumachen. In den USA konfrontierten daraufhin Gruppen aus Wissenschaft und Umweltschutz große Unternehmen der Kosmetikbranche mit den Ergebnissen. Obwohl die Firmen freiwillig versprachen, ihren Produkten künftig keine »microbeads« mehr zuzusetzen, erließen einzelne US-amerikanische Staaten Verwendungsverbote. Um einen Flickenteppich an Verboten zu vermeiden, verabschiedete der damalige US-Präsident Barack Obama im Dezember 2015, zwei Jahre nach den ersten Studien über Mikroplastik in den Großen Seen, ein Gesetz, das »microbeads « in abwaschbarer Kosmetik verbietet (Microbead- Free Waters Act of 2015).

Mikroplastik gelangt in unsere Nahrung – aber anders als gedacht

Die Datenlage erschien zum damaligen Zeitpunkt eindeutig, und die vermeintlichen Verursacher waren gefunden. Mit zunehmender Forschung wurde jedoch klar, dass die Kausalitäten komplizierter sind. Denn »microbeads« aus Kosmetik stellen nur einen verschwindend geringen Teil der Mikroplastikpartikel in der Umwelt dar, und Kläranlagen leisten einen großen Anteil daran, deren Eintrag in die Gewässer zu verhindern, da sie 95 bis 99 Prozent von ihnen im Klärschlamm zurückhalten. Somit haben wir es statt mit eindeutigen Zusammenhängen vielmehr mit einer komplexen Problematik zu tun: Es gibt zahlreiche Quellen (Fragmente aus sich zersetzendem größerem Plastikmüll, Reifenabrieb, Textilfasern, Baustoffe, Kosmetik – all jenen Kunststoffprodukten, die wir in unserem Alltag verwenden), mehrere Eintragspfade (wie beispielsweise Abwasser, unsachgemäße Abfallentsorgung, ungesicherte Deponien, Pelletverluste bei der Produktion) und damit verschiedene Eigenschaften der Partikel mit potenziell unterschiedlichen biologischen Effekten.

Die Maßnahmen, die den Eintrag von »microbeads« in die Umwelt verhindern sollen, stellen dennoch einen ersten richtigen Schritt dar. In Europa steht ein Verbot der zugesetzten Plastikteilchen in Kosmetik noch aus. Derzeit erarbeitet die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) einen Vorschlag, die Verwendung von Mikroplastik, das einem Produkt absichtlich hinzugefügt wurde, einzuschränken. Davon wäre eine Reihe von Waren betroffen, wie bestimmte Arten von Kosmetika, Düngemittel, Pflanzenschutzmittel, Reinigungsmittel für Haushalt und Industrie sowie Farben und Erzeugnisse für die Öl- und Gasindustrie. Die Partikel fungieren in diesen Produkten beispielsweise als Schleifmittel oder kontrollieren die Dicke, das Aussehen und die Stabilität. Doch gleichzeitig gilt es Maßnahmen zu entwickeln, um zu vermeiden, dass sekundäres Mikroplastik entsteht. In der Europäischen Union gibt es zwar mittlerweile eine Richtlinie für Einwegplastik, dennoch braucht es noch weitere Ansätze, dessen Verwendung sowie die verschiedenen Eintragswege von Plastikmüll einzudämmen.

Inzwischen ist das Thema in Deutschland einem breiten Teil der Bevölkerung bekannt. Wie die regelmäßige Konsumentenbefragung des Bundesinstituts für Risikobewertung zeigt, haben seit 2015, als die Kategorie »Mikroplastik in Lebensmitteln« mit in die Umfrage aufgenommen wurde, immer mehr Menschen davon gehört (2015 waren es 58 Prozent, 2019 schon 89 Prozent). Gleichzeitig zeigten sich 2019 bereits 63 Prozent der Befragten besorgt darüber, während es 2016 (dem Jahr, in dem »Besorgnis« zum ersten Mal abgefragt wurde) noch 52 Prozent waren. Die Befürchtung, Mikroplastik mit der Nahrung aufzunehmen, ist vor allem auf die Funde in Fischen zurückzuführen, aber auch auf erste Nachweise in Bier und Honig, über die Medien viel berichteten. Die Ergebnisse legten nahe, dass alle Nahrungsmittel weit reichend mit den kleinen Teilchen belastet sind. Wieder schien die Faktenlage zunächst klar. Doch wie sich später herausstellte, waren die Partikel über Verunreinigungen im Labor in die Proben gelangt. Im Fall belasteter Trinkwasserproben von überall auf der Welt ließ sich später ebenfalls nicht ausschließen, dass die beteiligten Labore ihre Proben unsauber genommen hatten. Die hier beschriebenen Probleme bestätigen, wie schwierig es ist, zu wissenschaftlich verlässlichen Aussagen zu kommen, und wie wichtig eine standardisierte Probenahme und Analytik ist.

Wir nehmen dennoch Mikroplastik über die Nahrung auf, aber über einen anderen Pfad: Nach Ergebnissen von Studien, die Plastikfragmente in Fischproben aus dem Supermarkt feststellen konnten, haben die Tiere die Partikel nicht im Meer zu sich genommen. Vielmehr sind diese über die Staubpartikel in der Luft im Verkaufsgeschäft auf die Fische gelangt. Die gängige Erklärung, Mikroplastik aus dem Meer reichere sich in der Nahrungskette an und gelange über Meeresfrüchte und Fisch auf unsere Teller, ist bisher nur in Einzelfällen nachgewiesen. Viel relevanter scheint die Aufnahme von Plastikpartikeln und -inhaltsstoffen durch den alltäglichen Umgang mit Plastikprodukten, der oft ganz unbewusst erfolgt. Kunststoffverpackte Waren und Lebensmittel, Textilien aus Kunstfasern, Haushalts- und Elektrogeräte, Möbel, Spielzeug und viele weitere Gegenstände tragen also zum einen zur umfassenden Kontamination der Umwelt mit feinsten Plastikbruchstücken bei, zum anderen nehmen wir Menschen Mikroplastik über sie direkt auf. Die Mengen, die wir einatmen oder verschlucken, sind allerdings gering und gefährden die Gesundheit nicht akut. Anders verhält es sich mit den Plastikadditiven, die sich aus den Produkten lösen und dadurch etwa von der Verpackung in Lebensmittel übertreten können. So lassen sich zugesetzte Chemikalien, die im Verdacht stehen, auf das Hormonsystem zu wirken und in den Stoffwechsel einzugreifen, in Blut und Urin einer breiten Bevölkerungsgruppe nachweisen.

Das Problem besteht also nicht nur in Form von Mikroplastikpartikeln an sich, sondern darüber hinaus vor allem in den zahlreichen chemischen Substanzen, die für die Herstellung von Kunststoffen eingesetzt werden. Die winzigen Plastikfragmente sammeln sich zwar mit der Zeit in immer größeren Mengen an und setzen unsere ohnehin bereits stark belasteten Ökosysteme dadurch zusätzlich unter Druck. Verglichen damit schädigen die in Plastik enthaltenen Chemikalien, wenngleich sie weniger sichtbar sind, die Umwelt jedoch deutlich stärker. Um mit der komplexen Situation umzugehen, genügt es nicht, den Abfalleintrag in die Umwelt zu verringern. Gleichzeitig müssen wir die Herstellung von Kunststoffen, gerade in Bezug auf die verwendeten Inhaltsstoffe, und deren massenhafte Nutzung in vielen Bereichen grundsätzlich anders gestalten.

Mehr Wissen auf Spektrum.de

Unser Online-Dossier zum Thema finden Sie unter
spektrum.de/t/anthropozaen

QUELLEN

Carpenter, E. J., Smith, K. L.: Plastics on the Sargasso Sea surface. Science 175, 1972

Eriksen, M. et al.: Microplastic pollution in the surface waters of the Laurentian Great Lakes. Marine Pollution Bulletin 77, 2013

Kramm, J., Völker, C.: Understand the risks of microplastics: A social-ecological risk perspective. In: Wagner, M., Lambert, S. (Hg.): Freshwater Microplastics. Springer, 2018, S. 223–237

Thompson, R. C. et al.: Lost at sea: Where is all the plastic? Science 304, 2004

Zimmermann, L. et al.: Benchmarking the in vitro toxicity and chemical composition of plastic consumer products. Environmental Science & Technology 53, 2019


JÜRGEN MAI

CHRISTOPH SCHÜR; MIT FRDL. GEN. VON CAROLIN VÖLKER

CAROLIN VÖLKER

CAROLIN VÖLKER

NASA / JPL / SUW-GRAFIK