Verbundprojekt: FACTS–Transport und Verbleib von Mikroplastik im Europäischen Nordmeer; Teilvorhaben der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM): FACTS-ICBM - Massenquantitative Charakterisierung von Mikroplastik in marinen Umweltkompartimenten unter besonderer Berücksichtigung der marinen Oberflächengrenzschicht

Abstract

Im Rahmen von JPI-Oceans-FACTS (https://www.jpi-oceans.eu/en/ecological-aspects microplastics; https://jpi-oceans-facts.eu/) zeichnet sich FACTS-ICBM verantwortlich für die quantitative Analyse von Mikroplastik (MP) und Reifenabrieb (TWP). Hierbei stehen insbesondere die vertikalen Austauschprozesse und die resultierende Verteilung von MP in der Wassersäule, dem Oberflächenfilm des Meeres (Sea Surface Microlayer, SML) und der darüber liegenden Luftschicht im Vordergrund. Die von FACTS-ICBM in den Arbeitspaketen des Projektes vorgenommenen Studien repräsentieren unterschiedliche geografischen Größenskalen (WP1, WP2 und WP3) sowie grundlegende methodische Neuerungen (WP4). Es wurde eine Methode zur Identifikation und Quantifizierung von Reifenabriebpartikeln (TWP) in der Umwelt entwickelt (WP4) Hierfür wurde ein methodischer Ansatz entwickelt, der die zuverlässige Identifizierung und Quantifizierung von TWP ermöglicht und erstmals außerdem die Quellendifferenzierung in PkW und LKW TWP zulässt. Die vorhandene Py-GC/MS-Methode zur Analyse von MP wurde entsprechend erweitert. Zur ihrer Überprüfung und Validierung wurden städtische Straßenstaubproben analysiert. Dabei wurden gegenüber den üblicherweise verwendeten Polymerclustern sehr hohe Konzentrationen an TWP festgestellt. Hierbei übertrafen die Konzentrationen von Pkw-Reifenabrieb, denjenigen an Lkw-Reifen erheblich, im Durchschnitt lag das Verhältnis von Pkw- zu Lkw-TWP zwischen 11:1 und 16:1. Eine bisher nur auf Nutzungsdaten basierende Abschätzung wurde erstmals durch reale Messdaten empirisch bestätigt. Retrospektive Untersuchungen an unterschiedlichstem Probematerial ließ einen engen Zusammenhang zwischen TWP Konzentrationen und Nähe der Emissionsquellen schließen.(Goßmann et al., 2021). Die erweiterte Methode wurde auf die Proben des FACTS-Projekts angewendet und damit zu einem erweiterten Verständnis der MP und TWP-Flüsse und deren Verteilung in der Meeresumwelt beigetragen. Ziel von WP1 war es u.a. Vorkommen und Wege von MNP in der Meeresatmosphäre zu erforschen. Die entsprechend Forschungsfahrt entlang der norwegischen Küste wurde Pandemie-bedingt ein Jahr verschoben. musste. Alternativ wurden zunächst Spinnenweben aus einer städtischen Umgebung verwendet, um die Zusammensetzung und räumliche Verteilung von MP und TWP in der Atmosphäre zu bewerten. Hauptsächlich wurden TWP, der Polyethylenterephthalat-Cluster (C-PET) und der Polyvinylchlorid-Cluster in der Stadtluft gefunden. Hierbei ließen sich außerdem aufgrund der kleinskaliegen Beprobung Eintragsquellen-bedingte räumliche Variationen nachweisen. (Goßmann et al., 2022). Die durch COVID-19 verspätet durchgeführte Forschungsreise ergab, dass Mikroplastik in der Meeresatmosphäre, selbst in entlegenen arktischen Gebieten, weit verbreitet ist. Auch hier war C-PET ubiquitär nachweis- und quantifizierbar, ebenso trat TWP gelegentlich auf. Die gemessenen Gesamtkonzentrationen an MP und TWP lagen im unteren ng/m³ Bereich. Die Anwendung von atmosphärischen Transport- und Ausbreitungsmodellen zeigte, dass land- aber auch seeseitige Emissionen (Re-Emissionen durch den Ozean) zur Verschmutzung der Meeresatmosphäre durch MP beitragen (Goßmann et al., 2023a). In WP2 wurde die vertikale Verteilung und das Verhalten von MP in der Meeresumwelt untersucht. Dafür wurde bei einer Probenahmekampagne Proben aus dem unterliegenden Wasser (ULW), dem marinen Oberflächenfilm (SML), sowie der darüber liegenden Luft simultan genommen. Die dünne, an organischen Stoffen angereicherte SML zeigte keine generelle MP-Anreicherung gegenüber dem ULW. Die durchschnittlichen Konzentrationen lagen unter 10 ng MP/L. In den unterschiedlichen Probenarten waren jedoch Polymer spezifische Trends zu beobachten. TWP waren im SML stark angereichert, während der höchstwahrscheinlich durch Abrasion (mariner) Anstriche eingetragene Polymethylmethacrylat-Cluster im ULW dominierte. Die Luftproben zeigten hohe C-PET Anteile. Unabhängig von dem beprobten Medium lag der MP-Gehalt in Fjorden größerer anthropogener oder industrieller Einflüssen deutlich über dem in ländlichen Fjorden. Dies weist auf eine enge Korrelation der MP Fracht mit potentiellen Polymerquellen sowie deren Eintragspfaden in die Meeresumwelt hin, und ermöglicht so Rückschlüsse auf eine polymerspezifische Verteilung bzw. Fraktionierung in der Umwelt (Goßmann et al., 2023b). Da sich zugehörige Probenahmen (Bergenfjord) stark verzögerten, wurde der vertikale Transport von MP in einer marinen Umgebung (WP3) zunächst in Sedimentfallen aus der Region des Nordatlantischen Müllteppichs (ausgebracht durch den Projektpartner GEOMAR) untersucht. Die erhaltenen Datensätze geben erstmalig Aufschluss zum Vorkommen und der quantitativen, vertikalen Verteilung von MP in unterschiedlichen Wassertiefen bis 600 m. Die Ergebnisse legen nahe, dass MP in den biotischen und abiotischen Partikelfluss eingebunden wird. Die Kombination mit in-situ-Messungen brachte Erkenntnisse über die vertikalen Flüsse von MP. Dabei konnte beobachtet werden, dass das MP in Aggregate biogener Polymere, den sogenannten Meeresschnee, eingebettet wurde und hierdurch beschleunigt nach unten sank. Der auf die Kunststoffe zurückführbare Kohlenstoffgehalt betrug bis zu 3,8 % am gesamten partikulären organischen Kohlenstoffs (POC) (Galgani et al., 2022). Weitere Untersuchungen zu MP in Sedimentfallen im Rahmen von FACTS werden über die Projektlaufzeit hinaus durchgeführt und gemeinsam mit dem GEOMAR bearbeitet. Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden vollständig publiziert (weitestgehend Open Access). Die zugehörigen Datensätze wurden über die PANGEA Datenbank publiziert.