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Warum findet man in den Polargebieten Mikroplastik fast nur in Form von Fasern? Neueste Experimente und Simulationen scheinen eine Antwort auf die Frage gefunden zu haben: Fasern können in der Atmosphäre deutlich weiter transportiert werden als Partikel mit einer anderen Form.
Mikroplastik ist nicht gleich Mikroplastik. Je nach Form, Größe und Polymertyp verhalten sich die bis zu fünf Millimeter großen Partikel völlig unterschiedlich in der Umwelt. Ein österreichisch-deutsches Forschungsteam experimentierte mit verschiedenen Partikelformen und fand anhand von Simulationen heraus, dass Fasern viel größere Distanzen in der Atmosphäre zurücklegen als Kügelchen.
In Environmental Science & Technology berichtete das Team Anfang Januar, dass den Simulationen zufolge insgesamt bis zu 2,4 Tonnen Mikrofasern pro Jahr in der Hocharktis (nördlich von 75° Nord) abgelagert werden, während Kügelchen mit demselben Volumen die Region überhaupt nicht erreichen. Das würde erklären, warum an abgelegenen Orten wie arktischen oder antarktischen Gletschern und Eisschilden so viele faserförmige Mikroplastikpartikel beobachtet werden.
Das interdisziplinäre Forschungsteam der Universität Wien und des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen ermittelte zunächst in Laborexperimenten, wie schnell sich Mikroplastikfasern in der Atmosphäre absetzen.
«Überraschenderweise gab es bisher kaum Daten über die Dynamik von Mikroplastikfasern in der Luft», sagt Dr. Mohsen Bagheri, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen und Co-Autor der Studie, in einer Pressemitteilung der Universität. «Dieser Mangel an Daten ist weitgehend darauf zurückzuführen, dass es schwierig ist, kontrollierte und wiederholbare Experimente mit so kleinen Partikeln in der Luft durchzuführen. Doch dank der Fortschritte im 3D-Druck mit Submikrometer-Auflösung und der Entwicklung eines neuartigen Versuchsaufbaus, mit dem wir die einzelnen Mikroplastikpartikel in der Luft verfolgen können, konnten wir diese Wissenslücke schließen.»
In Modellsimulationen entließen sie an fünf verschiedenen Orten (Norditalien, Nordwest-Russland, Shanghai, Svalbard und südwestlicher Pazifik) über den Zeitraum von einem Jahr 10.000 Partikel pro Tag in die Atmosphäre. Ausgehend von diesen Simulationen berechneten die Forschenden die durchschnittliche Reisedistanz sowie die Verweildauer in der Atmosphäre.
Ihre Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede für kugelförmige Partikel und Fasern. Während sich Fasern mit einer Länge von 1,5 Millimetern deutlich länger in der Atmosphäre halten können und im Modell die entlegensten Orte der Erde erreichen, legen Kugeln derselben Masse vergleichsweise kurze Distanzen in der Luft zurück und setzen sich viel näher an den jeweiligen regionalen Plastikquellen ab. Beispielsweise können Fasern, die in Italien in die Atmosphäre gelangen, Nordeuropa und in kleinen Mengen auch die Arktis erreichen.
«Mit den neuartigen Laborexperimenten und der Modellanalyse konnten wir die Unsicherheiten über den atmosphärischen Transport von Fasern deutlich verringern und endlich erklären, warum Mikroplastik sehr weit entfernte Regionen des Planeten erreicht», erklärt Daria Tatsii vom Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Wien, Erstautorin der Studie. «Unsere Analyse ist dabei nicht nur auf Mikroplastik, sondern auch auf alle anderen Partikel wie etwa Vulkanasche, Mineralstaub, Pollen anwendbar.»
Darüberhinaus hat die Studie gezeigt, dass Mikroplastikfasern viel größere Höhen in der Atmosphäre erreichen können als bisher angenommen. «Dies könnte sich auf die Prozesse der Wolkenbildung und sogar auf das stratosphärische Ozon auswirken», sagt Professor Andreas Stohl, Leiter des Instituts für Meteorologie und Geophysik der Universität Wien und Senior-Autor der Studie. «Schließlich erscheint es durchaus möglich, dass reichlich Mikroplastikfasern in der oberen Troposphäre vorhanden sind und sogar die Stratosphäre erreichen könnten und es ist nicht auszuschließen, dass das in diesen Partikeln enthaltene Chlor die Ozonschicht schädigt.»
Aus seiner Sicht ist es jedoch zu früh, um Alarm zu schlagen: «Derzeit ist noch unklar, wie viel Plastik in welcher Größe und Form in die Atmosphäre gelangt, und wir wissen auch nicht, was damit unter den extremen Bedingungen der oberen Troposphäre und der Stratosphäre geschieht. Es fehlen uns sehr grundlegende Daten. Aber angesichts der dramatischen Zunahme der weltweiten Kunststoffproduktion müssen wir wachsam sein», so Prof. Stohl.
Julia Hager, PolarJournal
Link zur Studie: Daria Tatsii, Silvia Bucci, Taraprasad Bhowmick, Johannes Guettler, Lucie Bakels, Gholamhossein Bagheri, and Andreas Stohl. Shape Matters: Long-Range Transport of Microplastic Fibers in the Atmosphere. Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 1, 671–682. https://dx.doi.org/10.1021/acs.est.3c08209