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12.03.2018

Mikroplastik-Belastung in Flüssen nach Hochwasser stark reduziert

Anlass

Die Belastung von Fluss-Sedimenten mit Mikroplastik verringert sich durch Hochwasser-Ereignisse in bisher nicht gekanntem Ausmaß. Dies könnte dazu führen, dass wesentlich mehr Mikroplastik über die Flüsse in die Meere eingetragen wird als bisher angenommen, da das zunächst in den Sedimenten ‚gefangene’ Mikroplastik durch das Hochwasser re-mobilisiert und dann in die Meere abgespült wird. Zu diesen Ergebnissen kommen Hurley et al. und publizieren die Ergebnisse am 12.März 2018 im Fachjournal Nature Geoscience.Die Forscher untersuchten zunächst verschiedene britische Flüsse an insgesamt 40 Messpunkten. Dabei fanden sie bis zu 517.000 Mikroplastik-Teilchen pro Quadratmeter im Sediment der Flüsse. Eine erneute Messung der gleichen Messpunkte nach einem mehrmonatigen Hochwasser-Ereignis zeigte, dass dieses einen Großteil der Kontamination abtransportiert hatte. Die Autoren sehen in ihrer Arbeit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der weltweiten Verteilung von Mikroplastik, da noch nicht klar ist, wie die erheblichen Mengen Mikroplastik in die Ozeane gelangen und wie groß der Anteil des Eintrags über Flüsse in die Meere ist.

Übersicht

  • Dr. Martin Löder, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Tierökologie I, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften, Universität Bayreuth
  • Prof. Dr. Jörg Oehlmann, Leiter der Abteilung Aquatische Ökotoxikologie, Institut für Ökologie, Evolution und Diversität, Johann Wolfgang Goethe-Universität, Frankfurt am Main
  • Dr. Christian Schmidt, Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Department Hydrogeologie, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ), Leipzig
  • Dr. Martin Wagner, Associate Professor, Onsager fellow, Department of Biology, Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Trondheim

Statements

Dr. Martin Löder

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Tierökologie I, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften, Universität Bayreuth

„Es ist ganz sicher eine interessante Studie. Interessant, weil herausgefunden wurde, wie eine extreme Hochwasser-Situation das über Jahre abgelagerte Fluss-Sediment mit dem darin abgelagerten Mikroplastik remobilisieren kann. Gleichzeitig sehe ich aber teilweise auch Probleme in den Methoden, die zu den Ergebnissen führen.“

„Mich wundert es fast ein bisschen, dass die Studie in einem so renommierten Journal erscheint. Die Reviewer, die diese Studie begutachtet haben, waren wohl etwas zu unkritisch. Das Manuskript müsste nach meiner Ansicht in einigen Punkten noch klarer formuliert sein als in der vorliegenden Form, insbesondere in der Diskussion der verwendeten Methoden.“

„Man kann Mikroplastik auf unterschiedliche Wege untersuchen, die sich zwischen zwei Extremen bewegen: entweder rein optisch nach dem Aussehen oder anhand seiner chemischen Zusammensetzung, meist spektroskopisch. Bei der einen Methode schaut man sich die gefundenen Partikel an und entscheidet dann anhand von optischen Kriterien, ob es sich bei den Teilchen um Plastik handelt oder nicht. Studien fanden heraus, dass die Fehlerquote hier bei bis zu 70 Prozent liegen kann. Bei einer spektroskopischen Untersuchung erkennt man dagegen an der chemischen Signatur eindeutig, ob Plastik vorliegt oder nicht.“

„Die in der Studie präsentierte Weltkarte der Mikroplastik-Belastung geht auf Studien zurück, die unterschiedlichste Publikationen in einen Topf wirft, die Teilchen mit unterschiedlichsten Methoden untersucht haben. Das ist schlecht. Das ist so, als wenn einer mit einer Lupe und ein anderer mit einem Mikroskop auf etwas schaut – man wird zwei unterschiedliche Dinge sehen. Besser wäre gewesen, hier nur Studien zu nutzen, die untereinander vergleichbarer sind – insbesondere auch wegen der unterschiedlichen Fehlerquoten, die mit den unterschiedlichen Methoden in Verbindung stehen.“

„Auch wenn die Studie mit der Vielzahl der Probenstellen ordentlich gemacht aussieht, so stellen sich bei einem genaueren Blick einige Fragen. Die Autoren beprobten 0,14 Quadratmeter große Flächen bis in eine Tiefe von 10 Zentimetern. Von dem so gewonnenen Sediment werden nur 10 Gramm auf Mikroplastik hin untersucht und die dort gefundenen Mikroplastik-Teilchen dann wieder auf eine Fläche von einem Quadratmeter hochgerechnet. Diese Art der Hochrechnung könnte erklären, warum die Autoren auf den wirklich extremen Wert von 517.000 Partikeln pro Quadratmeter an einem der Spots kommen.“

„Solche hohen Belastungen wurden bisher meist in Studien gefunden, in denen die Methodik relativ hohe Unsicherheiten beinhaltete. Zudem lassen die Autoren nicht wirklich erkennen, wie viele der aus den 10 Gramm Sedimentproben optisch aussortierten potentiellen Mikroplastik-Teilchen sie dann auch tatsächlich im Nachgang spektroskopisch untersucht und somit eindeutig als Plastik identifiziert haben.“

„Leider fehlen Daten zu den Anteilen der gefundenen Plastikpolymere gänzlich. Diese Daten wären jedoch sehr interessant und könnten neue Erkenntnisse liefern, zum Beispiel wie hoch der Anteil an leichtem Kunststoff, dass heißt eigentlich schwimmendem und durch Biofouling (Biofilm-Bildung, mikrobieller Bewuchs der Oberfläche; Anm. d. Red.) schwerer gewordenem Plastik, im Sediment ist.“

„Die Ergebnisse aus den untersuchten Flüssen kann man nicht eins zu eins auf die Situation in Deutschland übertragen. Zum einen finden die Autoren sehr viel relativ kleines Material – so genannte Microbeads – das höchstwahrscheinlich aus Kosmetika oder industriellen Produktionsprozessen stammt und wahrscheinlich über Kläranlagen eingetragen wird. Für einen Vergleich müsste man also zunächst mal schauen, wie zum Beispiel der industrielle Background und die Abwasserbeaufschlagung an einem deutschen Fluss aussehen. Zum anderen sind auch immer die individuellen Fluss-Eigenschaften sehr wichtig: die Länge und Tiefe, das Gefälle und die Fließgeschwindigkeit, die Beschaffenheit des Sediments etc.. Das kann man also nicht so einfach verallgemeinern.“

„Die Autoren schließen aus Ihren Ergebnissen, dass die Mikroplastik-Belastung durch Hochwässer effizient aus Einzugsgebieten ins Meer ausgewaschen wird. Das trifft auf die untersuchten Einzugsgebiete zu, da die Lauflänge der Flüsse bis zum Meer nur um die 100 km und somit relativ kurz ist. Die meisten deutschen Flüsse haben eine viel längere Lauflänge, sodass remobilisiertes Mikroplastik wahrscheinlich auf dem Weg zum Meer weiter flussabwärts wieder sedimentiert und somit in Etappen Richtung Meer transportiert wird.“

„Ich will das Thema nicht verharmlosen: Plastik hat als Fremdstoff in der Umwelt nichts zu suchen. Man muss bei dem Thema Mikroplastik aber generell die Kirche im Dorf lassen. Die Auswirkungen von Mikroplastik auf Organismen werden kontrovers diskutiert: es gibt Studien, die zeigen einen negativen Effekt von Mikroplastik auf die Organismen, die mit ihnen in Kontakt kommen. Wieder andere Studien zeigen keinen Effekt, zudem ist es wahrscheinlich, dass Studien, die keinen Effekt finden, auch nicht unbedingt veröffentlicht werden.“

„Plastik ohne toxische Schadstoffe oder Additive ist am Ende theoretisch wie ein verschluckter Kirschkern für den Menschen. Das führt dann im schlimmsten Fall zu einer Verstopfung des Verdauungstraktes für den Organismus – das kann aber mit einem Steinchen theoretisch auch passieren. Aber wenn kleines Plastik mit Schadstoffen an der Basis der Nahrungsnetze in diese gelangt, dann kann es theoretisch zu einer immer weiteren Ansammlung dieser Schadstoffe in der Nahrungskette aufwärts kommen, falls die Schadstoffe bei der Aufnahme in die Organismen abgegeben werden.“

„Wichtig finde ich, dass wir alle uns klar sein müssen, dass jeder von uns hier Einfluss nehmen kann, indem man seinen Müll korrekt entsorgt und nicht einfach in die Umwelt wirft. Oder indem man als Verbraucher hinterfragt, ob wirklich kosmetische Produkte mit Mikroplastik notwendig sind und solche nicht kauft. Jeder kann durch seinen Konsum etwas dagegen tun. Wir wissen nicht endgültig, was Mikroplastik bewirkt und es gibt potentielle Risiken. Hier muss meiner Meinung nach auch das Vorsorgeprinzip greifen. Wenn wir nicht genau wissen, ob es toxisch ist oder nicht, dann sollten wir besser keine Risiken eingehen.“

Prof. Dr. Jörg Oehlmann

Leiter der Abteilung Aquatische Ökotoxikologie, Institut für Ökologie, Evolution und Diversität, Johann Wolfgang Goethe-Universität, Frankfurt am Main

„Die Methodik der Studie ist sehr gut hinsichtlich Auswahl der Probestellen, Probennahme, Extraktion und Aufbereitung der Mikroplastik-Partikel. Nicht optimal ist dagegen die Identifikation der Mikroplastik-Partikel, die weit überwiegend auf einer optischen Beurteilung unter dem Mikroskop beruht. Die Autoren geben an, dass sie für ‚einige hundert Partikel’ die optische Identifizierung zusätzlich mit einer FTIR-Analyse (Fourier-Tranformations-Infrarotspektrometer, Anm. d. Red.) verifiziert haben. Angesichts der Proben- und Partikelzahl ist dieses Vorgehen das einzig praktikable.“

„Die innovativen Erkenntnisse aus der Studie umfassen drei Aspekte. Erstens: in den Sedimenten des Untersuchungsgebiets wurden die bisher weltweit höchsten Konzentrationen an Mikroplastik-Partikeln nachgewiesen – Faktor Fünf höher als bisher berichtete Maximalkonzentrationen. Zweitens: Nach dem Hochwasser gingen die Konzentrationen in den Fluss-Sedimenten mehrheitlich dramatisch zurück. Dies ist ein belastbarer Hinweis für die Abschwemmung der Plastikpartikel in unterhalb liegende Gewässerabschnitte und vor allem in das Meer. Dies unterstreicht die herausragende Bedeutung, die der Eintrag von Mikroplastik-Partikeln über die Flüsse auch für die Belastung der Meere hat. Und schließlich Drittens: vor allem im River Tame gibt es eine Untersuchungsstelle, in der nach dem Hochwasser die Plastikpartikelkonzentration höher als vorher war. Nach dem Hochwasser waren fast 100 Prozent der Partikel so genannte ‚Beads’, vorher nur knapp 50 Prozent. Dies spricht dafür, dass es sich um einen direkten Eintrag aus kunststoffproduzierenden oder -verarbeitenden Betrieben handelt, wo diese ‚Beads’ hergestellt bzw. als Rohstoff eingesetzt werden.“

„Auch in Deutschland, Österreich und der Schweiz tritt Mikroplastik flächendeckend in den Oberflächengewässern auf. Nach den bisher vorliegenden Monitoring-Ergebnissen liegen hier die Konzentrationen jedoch um eine bis mehrere Größenordnungen niedriger als in der neuen britischen Studie. Die Generalisierbarkeit der oben genannten Aspekte zwei und drei ist davon unberührt.“

"Die Größe der Partikel ist ein wesentliches Kriterium für deren Aufnahme durch Organismen. Im Größenbereich von 1 bis 100 Mikrometer ist die Aufnahme am stärksten. Sedimentiertes Mikroplastik wird grundsätzlich von anderen Organismen aufgenommen – den im oder auf dem Sediment lebenden, sogenannten Benthos – als im Wasserkörper schwebende Partikel.“

„Eine seriöse Abschätzung der Belastung der Meere mit Mikroplastik kann auf Basis der Ergebnisse der Studie meines Erachtens nicht durchgeführt werden. Vor allem, weil die untersuchten Einzugsgebiete aufgrund der extrem hohen Belastung wenig repräsentativ für andere sind. Ein Eintrag von Mikroplastik aus den Meeren in die Flüsse ist, wenn überhaupt, nur für den Mündungsbereich – dem so genannten Ästuar – zu erwarten. Aktuelle Ergebnisse aus der Arbeitsgruppe von Martin Wagner von der Universität Trondheim zeigen jedoch für die Elbe, dass dort die Belastung mit Mikroplastik gegenüber den oberhalb liegenden Gewässerabschnitten abnimmt.“

Dr. Christian Schmidt

Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Department Hydrogeologie, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ), Leipzig

„Überraschend sind die Ergebnisse der aktuellen Studie nicht. Allerdings wird hier zum ersten Mal mit Messungen bestätigt, was man vorher eben nur vermuten konnte. Es ist ein relativ großer Datensatz und die Autoren werten ihre Messungen im Kontext anderer Studien aus. Die Publikation in einem hochrangigen Journal halte ich für gerechtfertigt.“

„Allgemein kann man festhalten, dass alle Studien, die nach Plastik in Wasser oder Sedimenten gesucht haben, auch fündig geworden sind. Somit sind die Ergebnisse dieser Studie nicht überraschend. Weiterhin sind die Ergebnisse der Studie auf andere Flüsse übertragbar. Die Autoren nennen Kläranlagenauslässe und Mischkanalüberläufe als wichtige Quellen für Mikroplastik und die gibt es überall – zumindest in Industrieländern.“

„Die Angabe der reinen Partikelzahlen ist eigentlich nicht gut vergleichbar, da verschiedene Studien unterschiedliche Größenfraktionen betrachten – vermutlich je nach instrumentellen Möglichkeiten. Im Wasser zum Beispiel werden Proben oft mit Netzen genommen, die eine Maschenweite von 300 Mikrometern haben. In dieser Studie schaut man auf recht kleine Partikel. Hier wäre es hilfreich, auch Massen anzugeben. Offensichtlich gibt es diese Werte, denn für die Abschätzung der Einträge ins Meer werden Massen verwendet. Es ist aber möglich, dass die Autoren ‚Partikel pro Quadratmeter’ verwendet haben, um den Vergleich mit anderen Studien überhaupt zu ermöglichen. Oft werden nur Partikel gezählt.“

„Generell sollten Partikel, die im Sediment immobilisiert sind, ein geringeres Wirkpotential haben, als Partikel, die in der Wassersäule suspendiert sind und dort durch Lebewesen aufgenommen werden können. Es gibt aber meines Wissens nach noch keinen Nachweis, dass Mikroplastik in Umweltkonzentrationen wirklich toxisch wirkt. Sprich: die Konsequenzen einer Mikroplastikkontamination sind nach wie vor unklar.“

„Es ist schon länger bekannt, dass die Menge Mikroplastik an der Ozeanoberfläche viel geringer ist als die Mikroplastik-Einträge ins Meer [1]. Deswegen finde ich nicht so bemerkenswert, dass die Autoren schlussfolgern, dass die Mikroplastik-Kontamination in den Ozeanen größer sein dürfte als bisher angenommen.“

„Die Autoren lassen völlig offen, ob es im Flussnetzwerk Sedimentationsbereiche gibt, in denen mobilisiertes Sediment und Mikroplastik wieder abgelagert werden. Klassischerweise sind das die Flussauen, die bei Hochwasser überflutet werden. Es ist also nicht unwahrscheinlich, dass die Autoren den Austrag ins Meer überschätzen.“

„Einen Aspekt finde ich noch wichtig: Wenn größere Mengen Mikroplastik im Fluss-Sediment gespeichert sind, dann sind Flüsse immer noch eine Quelle für Plastik im Meer, selbst wenn es gelingt, die Plastikeinträge in die Flüsse zu stoppen. Man hat es dann mit einer Plastik-Altlast zu tun.“

Dr. Martin Wagner

Associate Professor, Onsager fellow, Department of Biology, Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Trondheim

„Das Besondere an der aktuellen Studie ist zunächst deren Umfang: Um gesicherte Aussagen über den Beitrag von Flüssen zur Mikroplastik-Belastung der Weltmeere machen zu können, benötigen wir belastbare Daten. Diese haben die Autoren nun für ein gesamtes Flusseinzugsgebiet geliefert.“

„Sie zeigen, dass in einer Saison zwischen 30 und 57 Milliarden Mikroplastikpartikel aus den Flüssen Mersey und Irwell in die Irische See eingetragen werden, besonders nach Hochwasserereignissen. Derartig umfangreiche Daten waren bisher nicht verfügbar. Sie zeigen, dass Flüsse eine wichtige ‚Exportroute’ für Plastik in die Ozeane sind.“

„Wichtiger als der Plastikexport in die Ozeane ist nach meiner Meinung jedoch die hohe Mikroplastikbelastung der untersuchten Flüsse. Hier konnten im Mittel zwischen 20.000 und 45.000 Partikel pro Quadratmeter nachgewiesen werden. Das zeigt, wie stark belastet unsere Fluss-Systeme sind. Auch wenn sie weniger Aufmerksamkeit erhalten: Flüsse sind, ebenso wie die Ozeane, vielfältige und wertvolle Ökosysteme, die unseren Schutz brauchen.“

„Wir können mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit davon ausgehen, dass mitteleuropäische Flüsse in ähnlichem Maße wie die hier untersuchten Flüsse mit Mikroplastik kontaminiert sind. Hierzu wird eine Reihe deutscher Bundesländer in dieser Woche eine eigene Studie vorlegen. Wo immer wir suchen, finden wir Mikroplastik – auf unbesiedelten Inseln mitten im Pazifik, in der Tiefsee, in entlegenen Mongolischen Seen und eben auch in europäischen Flüssen. Wir müssen uns an den Gedanken gewöhnen, dass die Plastikverschmutzung globale Ausmaße angenommen hat.“

„An einigen Belastungsschwerpunkten haben die Autoren tatsächlich sehr hohe Mengen Mikroplastik gefunden, zum Teil bis zu 500.000 Partikel pro Quadratmeter. Damit haben sie einen traurigen Rekord eingestellt: Die britischen Standorte zählen nun zu den weltweit am stärksten mit Mikroplastik belasteten. Trotz der erstaunlich hohen Konzentrationen ist derzeit nur sehr wenig über die ökologischen Auswirkungen von Mikroplastik bekannt. Das trifft insbesondere auf Fließgewässer zu. Wir wissen allerdings bereits jetzt, dass kleine Plastikpartikel von einer großen Anzahl an Lebewesen aufgenommen werden können. Welche Folgen das hat, ist allerdings noch unklar.“

„Meiner Ansicht nach ist Mikroplastik nichts anderes als der sichtbare Teil eines weitaus größeren Problems: Wo wir viel Mikroplastik finden, werden sich mit großer Wahrscheinlichkeit auch andere Schadstoffe und menschengemachte Veränderungen häufen – zum Beispiel einen Verbau der Gewässer. Das Zusammenwirkung all dieser Faktoren hat negative Auswirkungen auf die Umwelt. Das sehen wir auch an deutschen Flüssen. Laut Umweltbundesamt sind nur sieben Prozent der deutschen Flüsse und Bäche in einem ‚guten’ oder ‚sehr guten’ ökologischen Zustand.“

„Laut den theoretischen Berechnungen der Autoren macht das exportierte Mikroplastik aus dem relativ kleinen Untersuchungsgebiet bereits bis zu ein Prozent der weltweit in den Ozeanen vermuteten Mikroplastikmenge aus. Da der Eintrag aus größeren Flüssen sehr viel höher sein muss, kommen zwei Schlussfolgerungen in Betracht: Entweder sind die Schätzungen der Autoren zu hoch oder die tatsächliche Mikroplastikmenge in den Ozeanen wird deutlich unterschätzt. Für Letzteres spricht meiner Ansicht nach, dass in den Ozeanen hauptsächlich großes Mikroplastik untersucht wird – also solches über 300 Mikrometer Durchmesser. Hier zeigen die Autoren, dass in Flüssen sehr viel kleinere Partikel vorkommen. Hinzu kommt, dass die aktuellen Hochrechnungen der globalen Plastikmengen auf Daten zur Meeresoberfläche beruhen. Wir wissen allerdings, dass vermutlich nur ein Prozent des Plastiks an der Oberfläche schwimmt. Insofern ist die Plastikbelastung der Ozeane vermutlich tatsächlich höher als bisher angenommen.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Alle: Keine Angaben erhalten.

Primärquelle

Hurley R et al. (2018): Microplastic contamination of river beds significantly reduced by catchment-wide flooding. Nature Geoscience. DOI: 10.1038/s41561-018-0080-1.

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Thompson RC et al. (2004): Lost at Sea: Where is all the plastic? Science. Vol 304 (5672). DOI: 10.1126/science.1094559.