Forschende unter Führung des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1357 Mikroplastik der Universität Bayreuth haben in einer neuen Studie eine gängige wissenschaftliche Annahme widerlegt: Sie haben herausgefunden, dass nicht alle Mikroplastikpartikel unabhängig von ihrer Form ähnliche Transporteigenschaften aufweisen. Stattdessen verhält sich Mikroplastik je nach Form der Fragmente und Fasern unterschiedlich in Gewässern. Mit dieser Erkenntnis verändert sich die Einschätzung, wie stark Lebewesen Mikroplastik ausgesetzt sind, welche auschlaggebend für eine Risikobewertung der Umweltbelastung mit Mikroplastik ist.
Das Eindringen von Mikroplastik in aquatische Systeme ist ein zunehmendes Problem: Als allgegenwärtiger Stoff gefährdet Mikroplastik die Wasserqualität und damit die Biodiversität, potenziell sogar die menschliche Gesundheit. Das Verhalten und der Verbleib von Mikroplastik im Wasser sind bisher allerdings nur unzureichend verstanden. Bislang rückten Studien Ozeane und große Gewässer in den Fokus, während Fluss-Systeme weniger untersucht wurden.
Zudem wurden in den Studien meist kugelförmige Mikroplastikteilchen verwendet, wobei in der Umwelt typischerweise andersförmige Partikel wie Fragmente und Fasern vorkommen. Die Studie unter Führung des SFB Mikroplastik der Universität Bayreuth hat nun untersucht, welchen Einfluss die Form von Mikroplastik auf sein Verhalten in Flüssen hat. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu einer schlüssigen Risikobewertung von Mikroplastik für die Umwelt und letztendlich für den Menschen, da das Verhalten von Mikroplastik bedingt, wo Organismen mit den Partikeln in Berührung kommen.
Die Bayreuther Forschenden haben das unterschiedliche Verhalten von in der Natur häufig vorkommenden Mikroplastikfragmenten und -fasern im Vergleich zu kugelförmigen Mikroplastikteilchen untersucht. Diese Kügelchen werden üblicherweise in wissenschaftlichen Studien zu Mikroplastik verwendet. Hierfür hat das Team um Erstautor Marco La Capra, Doktorand am Lehrstuhl für Hydrologie der Universität Bayreuth und Mitglied des SFB Mikroplastik, in einem kontrollierten Laborumfeld natürliche Flussbedingungen mithilfe einer sogenannten Fließrinne nachgebaut: In einem transparenten Kanal mit naturgetreuem Sediment wird über ein Pumpsystem kontinuierlich Wasser durch die Fließrinne geleitet. So lässt sich die Strömungsstärke exakt einstellen.
„Im Versuchsaufbau haben wir verschiedenförmiges Mikroplastik in variierenden Fließgeschwindigkeiten und mit verschiedenen Sedimentbett-Zusammensetzungen untersucht. Damit konnten wir ein breites Spektrum fluvialer Lebensräume nachahmen – von reißenden Gebirgsbächen bis zu Tieflandflüssen. So konnten wir mit unseren Messinstrumenten die komplexen Zusammenhänge von hydrodynamischen Kräften, Partikelauftrieb und Turbulenzen erfassen“, sagt La Capra.
„Die Studie zeigt eindeutig, dass sich Fasern – die einen erheblichen Anteil des in aquatischen Umgebungen vorkommenden Mikroplastiks ausmachen – in ihrem Verhalten von anderen Partikelformen unterscheiden, ein Aspekt, den wir erst beginnen zu verstehen“, so Dr. Sven Frei von der Wageningen University & Research in den Niederlanden und assoziierter Wissenschaftler am Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BAYCEER) der Universität Bayreuth.
Die Studienergebnisse zeigen, dass sich je nach Oberflächenbeschaffenheit der Partikel auch ihr Verhalten in und am Sediment ändert. So lagern sich kugelförmige Partikel so gut wie gar nicht in und am Sediment ab und werden durch den Wasserstrom direkt weitertransportiert. Fragmente dringen dagegen ins Sediment ein und dringen je nach Art des Sediments tiefer oder werden schneller wieder ausgespült. Fasern hingegen lagern sich am Sediment an und können sich dort bis zu gewissen Strömungsstärken verankern. Das bedeutet, dass beispielsweise bei Hochwasser-Ereignissen eine deutlich erhöhte Mikroplastikfreisetzung aus dem Sediment stattfinden kann und deshalb die Belastungsprognosen für die Umwelt neu bewertet werden müssen, als bisher durch die Laborstudien angenommen.
„Durch die Ergebnisse der Studie zeigt sich, dass Mikroplastik nicht als homogene Stoffgruppe betrachtet werden kann, sondern durch ihre extrem vielseitigen Eigenschaften und Beschaffenheiten immer im Einzelfall untersucht werden muss, was die Komplexität der Forschung und die noch vielen offenen, aber dringenden Fragen, gerade in Hinsicht auf Gefahren für Mensch, Natur und Umwelt verdeutlicht“ stellt Prof. Dr. Laforsch, Inhaber des Lehrstuhls Tierökologie der Universität Bayreuth und Sprecher des SFB Mikroplastik, klar.