Tiefsee der Framstraße ist Endlager für Mikroplastik

Das Was­ser­fil­tra­ti­ons­sys­tem wird ins Was­ser gelas­sen. Foto: Mela­nie Bergmann/AWI

For­scher 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. 

Mit dem Mul­ti­corer wer­den Pro­ben vom Mee­res­bo­den genom­men. Foto: Tho­mas Soltwedel/AWI

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.

Edel­stahl-Fil­ter im Pump­sys­tem fil­tern Mikro­plas­tik und ande­re Teil­chen her­aus. Foto: Mine Tekman/AWI

Um das 16.000fache höher 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.

An fünf Sta­tio­nen des HAUS­GAR­TEN-Obser­va­to­ri­ums nahe Spitz­ber­gen wur­den Pro­ben von der Was­ser­säu­le und dem Sedi­ment auf Mikro­plas­tik ana­ly­siert. Die Ergeb­nis­se sind als Anzahl Par­ti­kel pro Kubik­me­ter ange­ge­ben. Gra­fik: Mine Tekman/AWI

Ein­trag von Kunst­stoff­res­ten aus Nord und Süd

Bestä­tigt wird die­se Aus­sa­ge durch Strö­mungs­mo­del­lie­run­gen, in denen die Wis­sen­schaft­ler 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 wider­legt“, 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 For­scher 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 Mikro­plas­tik-Kon­zen­tra­tio­nen in Was­ser- und Boden­pro­ben von ver­schie­de­nen Sta­tio­nen in ver­schie­de­nen Was­ser­tie­fen: 300 m (links), 1000 m (Mit­te) und über dem Mee­res­bo­den. Gra­fik: Mine Tekman/AWI

Die AWI-For­scher 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. 

Quel­le:  Alfred-Wege­ner-Insti­tut für Polar- und Mee­res­for­schung

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