Nanoplastik im Nordatlantik

„Nanoplastik ist die letzte große Unbekannte, wenn es darum geht, das Ausmaß der globalen Plastikvermüllung zu verstehen. Die aktuelle Studie liefert hier einen wertvollen Beitrag, denn sie zeigt, dass Nanoplastik im Nordatlantik allgegenwärtig ist. Das war zwar zu erwarten, denn Makro- und Mikroplastik als Hauptquelle von Nanoplastik kontaminieren die Ozeane ja ebenfalls, allerdings liefert die Arbeit nun umfangreiche quantitative Daten zur Verteilung und Konzentration von Nanoplastik.“

„Eine interessante Hypothese, die sich aus der Studie ergibt ist: Nanoplastik kann die massenmäßig größte Fraktion der Plastikvermüllung in den Ozeanen sein. Das würde bedeuten, dass wir nach derzeitigem Wissensstand das Ausmaß der Verschmutzung stark unterschätzen. Es macht deutlich, wie wichtig politische Maßnahmen zur Minderung des Plastikproblems sind. Das globale Plastikabkommen bietet hierzu eine historische Möglichkeit.”

„Heutzutage ist es immer noch sehr schwierig, Nanoplastik in der Umwelt zu analysieren. In diesem Sinne leistet die Studie eine sehr gute Arbeit, auch wenn die Anzahl der Proben relativ gering ist. Die Abschätzungen der Gesamtmassen von Nanoplastik im Ozean müssen in diesem Zusammenhang gesehen werden. Die Forscherinnen haben allerdings auch viele Kontrollversuche durchgeführt, um Kontaminationen und damit eine Überschätzung der Nanoplastikmengen zu verhindern. Insofern handelt es sich um sehr konservative Abschätzungen und die tatsächlichen Konzentrationen von Nanoplastik im Atlantik sind vermutlich höher als in der Studie angegeben.”

„Die aktuelle Studie ist ein wichtiger Schritt hin zu einem umfassenderen Bild über die Anreicherung von Kunststoffen in der Meeresumwelt. Während es zahlreiche Studien zu Makro-, Meso- und Mikroplastik in der marinen Umwelt gibt, ist die Datenlage zu Partikeln im Nanometerbereich bislang sehr schlecht. Der Hauptgrund für das Fehlen solcher Studien sind die technischen Schwierigkeiten, die die Erfassung dieser extrem kleinen Partikel in Umweltproben bereitet. Das größte Problem sind dabei Kontaminationen, denn es ist sehr schwer zu verhindern, dass bei der Probennahme und der Prozessierung im Labor Nanoplastik aus der Umgebung in die Proben gelangt. Um dies zu verhindern, haben die Autoren Maßnahmen getroffen, die den momentan üblichen Standards entsprechen. Laut ihrer eigenen Angaben waren diese erfolgreich und die gewonnenen Daten sind daher verlässlich.“

„Die zentralen Aussagen der Studie sind, dass Nanopartikel den größten Teil der Gesamtmasse des Plastiks im oberflächennahen Wasser des nördlichen Atlantik ausmachen, und dass wir die Gesamtmenge an Plastik in den Ozeanen bislang unterschätzt haben. Überraschend sind diese Erkenntnisse nicht, da schon lange vermutet wird, dass der Zerfall von Plastik im Meer zu einer Anreicherung immer kleinerer Partikel führen muss. Die Studie liefert vielmehr nun den empirischen Beleg dafür.“

„Entscheidend für die Aussagekraft ist – wie oben beschrieben – die Qualitätssicherung während der Probennahme und Prozessierung. Diese ist laut der Autoren gut. Von außen lässt sich das nicht beurteilen. Gut ist zudem, dass die Studie sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Auflösung aufweist. Die gewählte Route, auf der die Proben entnommen wurden, deckt zudem drei wichtige Meeresgebiete – subtropischer Gyre, offener Atlantik, Schelf – ab. Was fehlt, ist eine zeitliche Auflösung, da wir nicht wissen, ob Partikelkonzentrationen möglicherweise jahreszeitlichen Schwankungen unterliegen (siehe unten).“

„Die Hochrechnung auf die gesamte Mixed-Layer des temperaten und subtropischen Atlantiks mit einer Gesamtmasse von 27 Millionen Tonnen Nanoplastik ist trotz der guten räumlichen Auflösung mit einer großen Unsicherheit behaftet. Das liegt zum einen an der zum Teil sehr großen Variabilität zwischen den Proben eines Standorts (siehe die Standardabweichungen in den Abbildungen 2a bis c) und an den technischen Unzulänglichkeiten der Studie, die die Autoren selbst thematisieren. Hier möchte ich vor allem drei nennen:
Es fehlen erstens Informationen zu Polyethylen und Polypropylen, den häufigsten Polymeren in der Meeresumwelt.
Zweitens sind die Angaben zu den Konzentrationen semiquantitativ, da möglicherweise nicht alle Partikel erfasst wurden. Das könnte zu einer Unterschätzung der tatsächlichen Konzentrationen geführt haben.
Und drittes könnten insbesondere die Polystyrol-Konzentrationen unterschätzt worden sein, wie eine experimentellen Zusatzstudie, die die Autoren durchgeführt haben, gezeigt hat.“

„Es ist nicht unbedingt überraschend, dass die Konzentration von Nanoplastik in Küstengewässern höher liegt als auf dem offenen Ozean. Hier fehlt allerdings die jahreszeitliche Perspektive. Die Studie wurde im November durchgeführt. Zu dieser Jahreszeit sorgen Stürme für die Resuspension (Vorgang, bei dem zuvor abgesetzte Partikel durch mechanische Einwirkung wieder verteilt werden; Anm. d. Red.) von Partikeln, die in Sedimenten lagern, und Regen sorgt für erhöhte Flussabläufe. Beides ist in flachen, küstennahen Gewässern relevant und könnte zu dem gewonnenen Bild geführt haben. Es könnte zu anderen Jahreszeiten anders aussehen.“

„Da sich der größte Teil der Partikel in den oberen zehn Metern der Wassersäule findet, gehe ich davon aus, dass die Kunststoffe durch Fotodegradation weiter abgebaut werden. Temperatur und Lichtverfügbarkeit sind in dieser Wasserschicht am höchsten. Daher sollte hier der Zerfall am schnellsten und umfangreichsten sein.“

„Die Autoren sagen, dass Nanoplastik massenmäßig die größte Fraktion an Plastik im Untersuchungsgebiet darstellt. Zu den biologischen Auswirkungen habe ich in der Studie keine Aussage gefunden. Wir wissen allerdings auch noch sehr wenig zu den biologischen Effekten von Nanoplastik. Die Tatsache, dass der größte Anteil des Nanoplastiks sich in der belebtesten Zone der Meere befindet, bedeutet, dass es zu zahlreichen Interaktionen mit Organismen kommen kann.“

„Wichtig für die Interpretation der Ergebnisse sind die Limitierungen der Studie: keine Informationen zu Polyethylen und Polypropylen, eine mögliche Unterschätzung der Partikelkonzentrationen, Probennahme nur zu einer Jahreszeit, begrenzte Probenvolumina, hohe Variabilität in den Daten.“

„Zur Nanoplastik-Analytik kann ich mich nicht äußern, da ich mich damit nicht auskenne. Generell kann ich aber sagen: Probennahmen auf Forschungsschiffen sind immer nur begrenzt möglich, weil sie Schiffszeit erfordern, die immer knapp ist. Insofern ist es nicht unüblich, dass der Probenumfang – gemessen an der Größe des Nordatlantiks – relativ klein ausfällt. Als erste Annäherung ist das ein vertretbarer Ansatz, der nun mit weiteren umfangreicheren Probennahmen abgesichert werden sollte, wie immer in der Forschung. Hinzu kommt, dass die Analytik aufwändig ist, was auch die Anzahl der zu verarbeitenden Proben einschränkt.“

„Die Studie liefert wichtige neue Ergebnisse, denn wir wissen insgesamt noch sehr wenig über die Mengen von Nanoplastik in der Umwelt. Und das, obwohl viele Studien die höchsten Mengen im kleinsten messbaren Teilchenbereich gefunden haben. So war es auch in unseren Studien über Mikroplastik in der Arktis [1]. Es ist nicht überraschend, dass höhere Mengen in Küstennähe gefunden wurden als im offenen Ozean, der weiter entfernt von den menschlichen Quellen liegt.“

„Auch wir haben mehr Mikroplastik in den oberen Wasserschichten gefunden als in der Tiefe. Das ist nicht weiter verwunderlich, weil Sonnenlicht und Wellenschlag in diesem Bereich des Ozeans eine wichtigere Rolle spielen, und den Zerfall von Plastik in kleinere Einheiten fördern. Außerdem könnte es aus der Atmosphäre in diesen Bereich gelangen.“

„Überrascht haben mich allerdings schon die in der Studie gefundenen Konzentrationen insgesamt, die hundert- bis tausendfach höher liegen als Messungen für Mikroplastik und größere Plastikteile am gleichen Ort. Aber da wir in unserer Forschung immer die meisten Mikroplastikteilchen im kleinsten messbaren Bereich gefunden haben, bin ich bereits von einer hohen Dunkelziffer ausgegangen.“

„Nanoplastik ist wahrscheinlich die problematischste Größenfraktion, da Plastik in dieser Größe in weit mehr Organismen gelangen kann als in größerer Form. Außerdem kann Nanoplastik wesentlich leichter Barrieren überschreiten. So kann es in Organe, das Nervensystem und in Blutbahnen gelangen und Veränderungen in Zellen und auf molekularer Ebene verursachen. Zu den bislang beschriebenen Auswirkungen auf verschiedene im Wasser lebende Tiere gehören unter anderem ein gehemmtes Wachstum, Änderungen bei der Fortpflanzung, physiologische Stressreaktionen und Störungen des Immunsystems [2].“

„In den oberen Wasserschichten, in denen die Studie am meisten Nanoplastik gemessen hat, dringt auch das meiste Sonnenlicht ein. Dort findet auch die meiste Primärproduktion durch Fotosynthese der dort lebenden Algen statt. Erste Studien [3] belegen, dass Nanoplastik bereits in realistischen Konzentrationen die Chloroplasten von Algen schädigen und so die Fotosyntheserate senken kann. Somit könnten sie vermutlich auch weniger Treibhausgas CO₂ aufnehmen, um den Klimawandel zu puffern. Darüber hinaus kann Nanoplastik auch die Organismen schädigen, die in diesem besonders produktiven Bereich des Ozeans leben.“

„Insgesamt steckt die Forschung zu Nanoplastik in der Umwelt und seinen Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit noch in den Kinderschuhen. Um zu ergründen, wie weit es verbreitet ist und welche Folgen dies hat, ist dringend mehr Forschung erforderlich.“

„Die neuen Hinweise sind jedoch als weiteres Alarmsignal zu werten. Aus wissenschaftlicher Sicht sollten sie uns dazu bewegen, die Plastikproduktion im Rahmen eines globalen Plastikabkommens auf das wirklich notwendige Maß [4] zu reduzieren, um das Problem nicht weiter zu verschlimmern. Im August steht die nächste Verhandlungsrunde in Genf an.“

„Bei der Erfassung von Nanoplastik in der Umwelt und der anschließenden Analyse im Labor besteht das hohe Risiko einer Fremdkontamination der Proben. Um dies zu vermeiden, haben die Autorinnen und Autoren Maßnahmen ergriffen, die aktuellen Standards entsprechen, und dokumentieren diese in ihrem Beitrag sehr transparent.“

„Hinsichtlich der Ergebnisse erscheinen die gemessenen Konzentrationen von Nanoplastik im Vergleich zu Makro- und Mikroplastik ungewöhnlich hoch. An denselben Messstandorten liegt die Konzentration von Nanoplastik deutlich über der von Makro- und Mikroplastik aus einer anderen Studie. Innerhalb des ozeanischen Wirbels geben die Autorinnen und Autoren eine durchschnittliche Nanoplastik-Konzentration von rund 15 Milligramm pro Kubikmeter Wasser an – im Vergleich zu nur etwa 0,1 Milligramm pro Kubikmeter bei Mikro- und Makroplastik. Hinzu kommt, dass bei der Probenentnahme ein Filter mit einer Porengröße von einem Mikrometer verwendet wurde. Es ist daher davon auszugehen, dass nicht die gesamte Menge an Nanoplastik erfasst wurde, da bei der Vorgehensweise Nanoplastikpartikel, die in größeren Aggregaten gefangen sind, mit herausgefiltert werden.“

„Ebenfalls auffällig ist, dass im Bereich Mikro- und Makroplastik an denselben Messpunkten hauptsächlich PP, PE und PET detektiert wurde. Im Bereich Nanoplastik haben die Autoren PET, PS und PVC gefunden. Diese Diskrepanzen sind vielleicht auf die vielversprechende, aber noch sehr neue Messmethodik zurückzuführen. Hier besteht eventuell noch Optimierungsbedarf – auf weitere spannende Ergebnisse dürfen wir hoffen.“

„Die Ergebnisse von nur zwölf Messstandorten auf den gesamten Nordatlantik hochzurechnen, halte ich für ambitioniert und mit erheblichen Unsicherheiten behaftet – dass die Autoren dies aber transparent erklären, ermöglicht es dem Leser, die Hochrechnung einzuordnen.“