Mikroplastik

Was ist Mikroplastik? | Probenahme | Ergebnisse

Le microplastiche - introduzione
Abgelagertes Plastik auf dem Kiesbett der Etsch in Laag (Foto: Landesagentur für Umwelt und Klimaschutz, M. Casera)

Im Juli 2019 hat das biologische Labor zum ersten Mal eine Beprobung zum Nachweis von Mikroplastik in den Sedimenten der Etsch, dem Hauptfluss der Provinz Bozen, durchgeführt. Es handelte sich dabei um eine explorative Untersuchung mit dem Ziel, die Erhebungsmethode sowie das notwendige Instrumentarium zu entwickeln bzw. zu verfeinern. Untersuchungsergebnisse.

Für das Jahr 2020 sind weitere Probenahmen geplant, um die Menge an Mikroplastik entlang des gesamten Etschverlaufs zu erfassen. Dazu sollen in der Nähe des Ursprungs, im oberen Vinschgau, oberhalb und unterhalb der Kläranlagen der größten Siedlungszentren Meran und Bozen sowie schließlich in Laag oberhalb der Provinzgrenze zu Trient Beprobungen stattfinden.

Was ist Mikroplastik?

Der große Erfolg des Kunststoffs hängt mitunter mit seinen ausgezeichneten Stabilitätseigenschaften zusammen. Genau diese sind aber auch der Grund, warum Kunststoffabfälle eine dermaßen hohe Persistenz in der Umwelt aufweisen, wenn sie nicht ordnungsgemäß entsorgt werden. Infolge der Sonneneinstrahlung und Witterungsverhältnisse erfährt das in der Umwelt entsorgte Plastik eine Veränderung bzw. eine Fragmentierung, die seine Verbreitung in Form von Mikroplastik begünstigt.

Obwohl es derzeit keine international normierte Größeneinteilung gibt, werden normalerweise Fragmente, die kleiner als 5 mm sind, zum Mikroplastik gezählt. Kürzlich wurde eine weitere Unterscheidung zwischen "kleinen" (1 µm bis 1 mm) und "großen" (1 mm bis 5 mm) Mikroplastikpartikeln vorgeschlagen. Fragmente, die größer als 5 mm sind, werden als Makroplastik bezeichnet. Kunststoffpartikel, die kleiner als 1 µm und größer als 1 nm sind, werden hingegen als Nanoplastik klassifiziert. Mikroplastik kann auch nach seiner Herkunft in Primär- oder Sekundärkunststoffe eingeteilt werden. Erstere werden direkt für den Einsatz als feines Pulver in technischen Anwendungen oder als kosmetische Zusatzstoffe hergestellt; das sekundäre Mikroplastik stammt hingegen aus der Zerkleinerung von Makroplastik-Rückständen. Nanoplastik wird zunehmend im medizinischen und elektronischen Bereich eingesetzt. Die am häufigsten verwendeten Polymere im Mikroplastik sind Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyvinylchlorid (PVC).

Zu den lokalen Hauptursachen für Mikroplastik in Gewässern zählen die am Boden zurückgelassenen Abfälle, die durch atmosphärische Einflüsse (Regen oder Schnee sowie Wind) in Fließgewässer gelangen sowie synthetische Fasern aus dem Abwasser von Waschmaschinen.
Die Hauptursachen für Mikroplastik weltweit sind:
  • illegale Deponien für Haushalts- und Industrieabfälle sowie unsachgemäße geführte Deponien
  • schlechte Abwasserbehandlung und eingeleitete Abwässer
  • schlechte Angewohnheiten von Menschen, die Strände zu Erholungs- oder Sportfischereizwecken nutzen
  • industrielle Tätigkeit, insbesondere Industrien, in denen bei verschiedenen Prozessen Kunststoffmaterialien verwendet werden
  • die Transporte
  • fischereibezogene Aktivitäten
  • Abfallbehälter, die nicht ausreichend abgedeckt oder nicht hermetisch verschlossen sind
  • am Boden zurückgelassene Abfälle, die durch atmosphärische Einflüsse (Regen oder Schnee sowie Wind) in Fließgewässer gelangen.

Wichtige Kunststoffquellen sind neben nicht korrekt entsorgten Abfällen synthetische Fasern aus dem Abwasser von Waschmaschinen sowie Mikroplastik, das Duschgelen und Kosmetika zugesetzt wird (mit dem Haushaltsgesetz 2018 ist es ab dem 1. Januar 2020 verboten, abzuwaschende Kosmetikprodukte mit Reinigungswirkung oder Peelings, die Mikroplastik enthalten, auf den Markt zu bringen.). Die Verbreitung von Mikrofasern in der Umwelt hängt mit dem gesamten Produktionszyklus von Textilien zusammen, die heute zu zwei Dritteln aus synthetischen Fasern bestehen, insbesondere aus Polyester, Polyamid und Acryl.

Die meisten Studien über Mikroplastik haben sich zunächst auf die Meere konzentriert, wo eine erhebliche Auswirkung des Mikroplastiks auf die Nahrungskette festgestellt wurde. Mehr als 80% der im Meer gefundenen Kunststoffe stammen jedoch in Wirklichkeit aus den Fließgewässern des Festlandes. Noch immer existieren wenige Studien über Süßwasserökosysteme. Zudem sind die Resultate dieser Untersuchungen aufgrund der meist unterschiedlichen Probennahme- und Messmethoden kaum vergleichbar.

Die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit sind ebenfalls wenig erforscht, der Mensch ist aber sicherlich einer Mikroplastikkontamination sehr ausgesetzt. Diese erfolgt entweder über Verschlucken, Einatmen oder Hautkontakt. Die schädlichen Auswirkungen könnten insbesondere mit der Toxizität der Mikropartikel selbst zusammenhängen. Zudem spielen der oxidative Stress und der durch das Mikroplastik ausgelösten Entzündungsreaktion möglicherweise eine große Rolle. Letztere beruht auf einer Unfähigkeit des Immunsystems, Mikrokunststoffe zu erkennen und zu eliminieren. Eine kürzlich vom WWF in Auftrag gegebene australische Untersuchung schätzt, dass wir jede Woche bis zu 2000 Mikroplastikfragmente verschlucken, was dem Gewicht einer Kreditkarte entspricht, nämlich 5 Gramm. Die Partikel, die am wahrscheinlichsten im menschlichen Körper persistieren und schädliche Wirkungen verursachen, sind jene, die kleiner als 5 - 10 µm sind.


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Mikroplastik-Probenahme

Die meisten zu dieser Thematik verwendeten Analysemethoden basieren auf in der Meeresumwelt und sind für Seen und Flüsse in angepasster Form übernommen worden. Mikroplastiken können in verschiedenen Bereichen bzw. Materien untersucht werden: in aquatischen Systemen, in Ufersedimenten und in den Sedimenten des Meeresbodens. Es ist von grundlegender Bedeutung, dass alle Laborutensilien und Probenbehälter aus Glas oder Metall bestehen, um das Anhaften von Mikroplastikfragmenten an den Behälterwänden zu verhindern. Zudem sollte auch das Tragen von synthetischer Kleidung vermieden werden.

Die Probenahmestelle befindet sich auf dem orographisch linken Etschufer nördlich von Laag. Das Untersuchungsgebiet mit einer Fläche von 1020 m2 besteht aus einem regelmäßig überfluteten Uferabschnitt (siehe Fotogalerie, Foto 1 und 2).

Die Beprobung der Ufersedimente erfolgte nach den für Meeresstrände ausgearbeiteten Richtlinien(1). Zunächst wurde eine Zählung des im Untersuchungsgebiet vorhandenen Makroplastiks durchgeführt, indem alle vorhandenen Kunststoffe mit einer Größe von mehr als 5 mm ermittelt wurden. Ein Teil dieser Objekte wurde ins Labor gebracht, um sie mit den im Sediment gefundenen Mikroplastikfragmenten zu vergleichen. Die eigentliche Sedimentbeprobung erfolgte in der oberen 5 cm dicken Sedimentschicht. Dabei wurden mindestens drei zufällige Replikate im Abstand von wenigstens 5 m für jede der beiden Kategorien von Mikroplastik („Small-Microplastic ” (SMP : < 1 mm) bzw. „Large-Microplastic” (LMP: 1 - 5 mm)) entnommen (2). Alle entnommenen Proben wurden in Glas- oder Metallbehältern aufbewahrt.

Anmerkung:
(1) Die in den letzten Jahren am häufigsten verwendeten Methoden dazu sind jene von Georg Hanke, publiziert 2013 in „Guidance on Monitoring of Marine Litter in European Seas”, von „EU Technical Subgroup on Marine Litter (TSG-ML)” sowie jene von Löder und Gerdts (2015).

(2) Die Beprobung des „Large-Microplastic“ erfolgte mit einem 50x50 cm großen Rahmen, in dem die obersten 5 cm der Sedimentschicht mit einem Metalllöffel beprobt wurden. Dies entspricht einem Volumen von 12.500 cm3 für jedes der drei Replikate. Auch die Beprobung des „Small-Microplastic“ erfolgte mit einem Metalllöffel, wobei für jedes der fünf Replikate 250 cm3 Sediment entnommen wurde. Sämtliche Proben wurden in Glas- oder Metallbehältern aufbewahrt.

Die Sedimentproben wurden in Aluminiumbehältern bei 60°C für 48 h getrocknet. Anschließend wurden die Proben des „Small-Microplastic” durch ein Sieb mit 1 mm Maschenweite und jene des „Large-Microplastic” durch ein in einem 1 mm Lochsieb befindlichen 5 mm Lochsieb gefiltert, gewogen und in Glasbehältern aufbewahrt.Die Extraktion des Mikroplastiks aus der Sedimentprobe kann in vier Stufen unterteilt werden: visuelle Vorselektion, Trennung aufgrund der Dichte, Filtration und Aufbereitung(1).

Anmerkung:
(1) Die visuelle Vorauswahl (Sortierung) aller Sedimentproben erfolgte am Stereomikroskop. Die sichtbaren Mikroplastikfragmente wurden mit einer Pinzette entnommen, aufgeteilt und entsprechend ihrer Form (Kugel, Fasern, Blatt)  gezählt und für weitere Analysen aufbewahrt. Die anschließende densimetrische Trennung erfolgte aufgrund der geringeren Dichte des Kunststoffes im Vergleich zu den Sandkörnern. Das getrocknete Sediment wurde mit einer gesättigten Salzlösung wie Natriumchlorid (NaCl mit einer Konzentration von 1,5 g/cm3), gemischt. Dazu wurden 50 ml Sediment mit 200 ml NaCl in einem Zylinder vermischt, von Hand für zwei Minuten geschüttelt und anschließend für weitere zwei Minuten sedimentieren lassen. Dieses Verfahren wurde drei Mal wiederholt. Aufgrund der geringeren Dichte des Kunststoffes konnte dieser von der Suspension getrennt werden, indem der Überstand entnommen und durch einen 10 µm Glasfaserfilter filtriert wurde. Die Filter wurden anschließend in Petrischalen gegeben.Um sämtliche organische Rückstände, welche die nachfolgende Beobachtung unter dem Mikroskop und eventuelle spektroskopische Analysen wie die „Raman-Spektroskopie" negativ beeinflussen können, zu entfernen, müssen die Filter weiter gereinigt werden. Dazu wurden den getrockneten Filtern 2 ml 30% H2O2 (Wasserstoffperoxid) für 30 Minuten zugesetzt. Abschließend wurden die Filter mit 4 ml ultrareinem Wasser gereinigt und trocknen gelassen.

Nach der Reinigung mit Wasserstoffperoxid wurden alle Filter unter dem Mikroskop betrachtet(1):

  • In den Fasern oder Kunststoffpartikeln dürfen keine Strukturen organischen Ursprungs sichtbar sein

  • Die Fasern müssen von gleicher Dicke und die Partikel von gleicher Farbe sein

  • Weiße oder transparente Partikel müssen bei hoher Vergrößerung und unter einem Fluoreszenzmikroskop untersucht werden, um einen biologischen Ursprung ausschließen zu können

  • Die allgemein zur Trennung und Klassifizierung von Mikroplastik verwendeten Merkmale sind der Ursprung, Typ, Zersetzungsgrad sowie die Form und Farbe.

Anmerkung:
(1) Für die Identifizierung von Mikroplastik unter dem Stereomikroskop ist die standardisierte Methode von Nòren (2007) angewendet.



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Ergebnisse der explorativen Beprobung
Mantanetz zur Probenahme von Mikroplastik (Foto: Landesagentur für Umwelt und Klimaschutz, M. Covi)

Ergebnisse der explorativen Beprobung

Zu Beginn der Probenahme wurde die Zählung des im Untersuchungsgebiet vorhandenen Makroplastiks durchgeführt. Diese Auswertung brachte eine beachtliche Anzahl von Objekten/Abfällen, die hauptsächlich aus Kunststoff bestanden und mit einer Menge von 0,1 Objekten pro m2 vorlagen (siehe Fotogalerie, Foto 1). Es wurde eine Gesamtkonzentration von 842,67 Mikroplastik (MP) pro m2 gefunden. Das gefundene Mikroplastik  war von unterschiedlicher Form und Farbe, wie auf den Fotos 2 und 3 ersichtlich ist. Dies gilt sowohl für das nach einer Vorauswahl aus dem Sediment untersuchte “Large-Microplastic” (LMP) als auch für das auf Glasfaserfiltern vorhandene “Small-Microplastic” (SMP). Wenn man die Anzahl der verschiedenen MP-Typen in den SMP-Proben genauer betrachtet (Grafik 1), erkennt man, dass die Filamente 85% der Gesamtmenge ausmachen, während in den LMP-Proben die lamellenförmigen Fragmente mit einer Konzentration von 53% überwiegen (Grafik 2).

Die gewonnenen Ergebnisse unserer Studie sind vergleichbar mit anderen Untersuchungen wie beispielsweise jener von Imhof et al. (2013), die am Gardasee eine Konzentration von 1108 MP/m2 ermittelte. Es handelt sich zwar um durchschnittliche Werte, diese sind aber ein klarer Beleg dafür, dass auch in unseren Gewässern Mikroplastik vorhanden ist. Die Prävalenz von Filamenten, wie sie auch in anderen Studien an Seen und Fließgewässern festgestellt wurde, ist wahrscheinlich auf das Waschen von synthetischen Geweben zurückzuführen, die von den Kläranlagen nicht zurückgehalten werden. Mikroplastik ist mittlerweile überall zu finden.

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Kontakt: Biologisches Labor