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Meereslebewesen sind vor allem durch die Nahrungsaufnahme von Plastik und durch die Verwicklung, zum Beispiel in Plastiktüten, Seilen oder Netzen, bedroht. Plastikteile werden von Tieren mit Nahrung verwechselt und eingenommen, was zu ihrem Tod führen kann. Das Verfangen in Plastik stellt eine grosse Gefahr für Seevögel, Schildkröten, Delfine, Wale und andere Meereslebewesen dar. Durch schwimmende Plastikstücke wird der Transport von sogenannten «Alien Species», die eine Gefahr für die Biodiversität sein können, erhöht. Ausserdem ist Plastik ein Transportmedium und eine Quelle von Giften für Meereslebewesen.
Die Nahrungsaufnahme von Plastik kann das Verdauungssystem der Meerestiere schädigen. Die Tiere hören auf zu essen, da sie ein Sättigungsgefühl verspüren und können sterben. Plastik bedroht nach Schätzungen 267 Arten aller Meeresorganismen weltweit, 86% aller Meeresschildkrotarten, 43% aller Meeressäugerarten und bei 44% aller Meeresvögelarten ist bekannt, dass sie das Plastik aufnehmen. Experten gehen davon aus, dass durch Plastikmüll in den Meeren jedes Jahr rund eine Million Meeresvögeln, 100 000 Säugetiere und unzählige Fischen getötet werden. Auch Filtrierer (z.B. Muscheln) sind von dem Plastik im Meer betroffen; sie können die ganz kleinen Stücke mit Plankton verwechseln und sie als Nahrung aufnehmen.
Tiere können sich in verlorenen Fischernetzen und anderem Fischereizubehör verfangen, was zur Verstümmlung, zu Verletzungen oder auch zum Tod der Tiere führen kann. Die Anzahl Fische, Vögel und Meeressäuger die sich jährlich in Fischerleinen und –netzen verfangen ist nicht genau bekannt, wird aber auf Millionen geschätzt. Laut der US Marine Mammal Comission sind 136 Meereslebewesen bekannt, die sich regelmässig in Müll verfangen.
In einer Studie wurde nachgewiesen, dass Plastik Pellets giftlige Chemikalien anreichern, wie z.B. PCBs (Polychlorierte Biphenyle), DDE (Dichlordiphenyldichlorethen) ein Abbauprodukt des DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan) und Nonylphenols. Es wird befürchtet, dass diese Chemikalien teilweise im Magentrakt der marinen Organismen, die Plastik einnehmen, desorbieren und somit aufgenommen werden können.
Plastikteile, die im Wasser schwimmen, können als eine Art Floss für Meereslebewesen dienen, auf dem sie wachsen und reisen können. Kleine sesshafte Tiere wie Muscheln treiben auf den Kunststoffteilen in fremde Gebiete, wo sie zu invasiven Arten werden und einheimische Spezies verdrängen können.
Die Auswirkungen von Plastik auf Meereslebewesen sind vielfältig und müssen unter anderem auch deshalb, weil sehr viele Tiere davon betroffen sind, ernst genommen werden. Es ist anzunehmen, dass die Schäden, die Plastikmüll in der Meeresumwelt anrichten kann, noch während Jahrzehnten anhalten werden, auch wenn die weitere Verschmutzung gegenwärtig gestoppt würde.
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