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Forschende des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben in der arktischen Framstrasse hohe Mikroplastik-Belastungen in der gesamten Wassersäule sowie im Meeresboden gemessen und durch zusätzliche Modellsimulationen auch eine Erklärung für diese hohe Verschmutzung gefunden. Demnach tragen die zwei Hauptmeeresströmungen in der Framstrasse die mikroskopisch kleinen Kunststoffteilchen sowohl aus der Arktis als auch aus dem Nordatlantik in die Meeresregion zwischen Grönland und Spitzbergen ein. Auf ihrem Weg in die Framstrasse driften die Kunststoffteilchen dann allmählich in die Tiefe und reichern sich am Meeresboden an. Das berichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in einem Fachartikel, der jetzt im Fachmagazin Environmental Science & Technology erschienen ist.
Die Framstrasse zwischen der Nordostküste Grönlands und der arktischen Inselgruppe Spitzbergen ist die einzige Tiefenwasserverbindung zwischen dem Arktischen und dem Atlantischen Ozean. In der bis zu 5600 Meter tiefen Rinne fliessen zwei gegenläufige Meeresströmungen wie auf einer Autobahn dicht aneinander vorbei. Auf der östlichen Spur transportiert der Westspitzbergenstrom warmes Atlantikwasser Richtung Norden, während auf der Gegenspur der Ostgrönlandstrom Meereis und kaltes Wasser aus der Arktis Richtung Süden führt. Diese besondere Ausgangslage ist vermutlich der Grund, warum Forschende des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) im Sommer 2016 bei Wasser- und Bodenprobennahmen am Arktis-Tiefsee-Observatorium HAUSGARTEN in der Framstrasse ausserordentlich viele Mikroplastikpartikel im Sediment gefunden haben und eher durchschnittliche Mengen in der Wassersäule.
„Die höchste Konzentration im Wasser treibender Mikroplastikpartikel haben wir an unserer nördlichen Probenstation in der Nähe der Meereiskante gemessen“, berichtet AWI-Biologin und Erstautorin Mine Tekman. In der sogenannten Eisrandzone enthielt ein Kubikmeter Oberflächenwasser mehr als 1200 Mikroplastik-Teilchen, was die Forschenden allerdings wenig überraschte. „Aus vorhergehenden Untersuchungen wussten wir, dass arktisches Meereis mitunter über 12.000 Mikroplastik-Teilchen pro Liter Schmelzwasser enthält. Wenn dieses Eis am Ende seiner Reise im nördlichen Teil der Framstrasse schmilzt, entlässt es wahrscheinlich seine Fracht in das Meer, was die hohe Belastung des Oberflächenwassers mit Kunststoffpartikeln erklären kann“, erläutert die Wissenschaftlerin. Um das 16fache höherer fiel die Verschmutzung des Tiefseebodens in der Framstrasse aus. Die Untersuchungen verschiedener Bodenproben ergaben eine Belastung von bis zu 13.000 Mikroplastikpartikeln pro Kilogramm Sediment. „Diese grosse Partikelmenge und die hohe Anzahl verschiedener Kunststoffarten im Sediment belegen, dass sich Mikroplastik am Meeresboden der Framstrasse kontinuierlich anreichert. Das heisst, die Tiefsee dieser Meeresregion ist ein Endlager für mikroskopisch kleine Kunststoffteilchen“, sagt AWI-Tiefseeexpertin und Co-Autorin Dr. Melanie Bergmann.
Bestätigt wird diese Aussage durch Strömungsmodellierungen, in denen die Forschenden simulierten, auf welchem Weg die Mikroplastikpartikel in die Framstrasse gelangt sind. Abhängig von der Partikelgrösse, der Kunststoffart, der Sinkgeschwindigkeit und der Wassertiefe haben manche Teilchen demnach eine Reise von bis zu 650 Kilometern zurückgelegt, bevor sie den Meeresboden erreichten. „Die Vorstellung, Mikroplastikpartikel könnten eventuell ziemlich schnell und nahezu senkrecht in die Tiefe sinken, ist durch unsere Modellergebnisse wiederlegt“, sagt Melanie Bergmann. Stattdessen werden die Kunststoffreste von den Meeresströmungen mitgerissen und über weite Strecken verdriftet. Insbesondere durch Zusammenballung mit biologischem Material wie Algenresten sinken sie von der Meeresoberfläche durch die Wassersäule bis zum Meeresgrund. Für die Framstrasse bedeutet diese Erkenntnis, dass ein Grossteil der am Meeresboden lagernden Kunststoffpartikel aus fernen Regionen stammt. Der Ostgrönlandstrom beispielsweise transportiert Mikroplastik aus dem Arktischen Ozean in die Tiefsee. Bei Probennahmen in seinem Einzugsgebiet fanden die Forschenden vor allem Ethylen-Vinylacetat, ein Kunststoff, der unter anderem für Beschichtungen, Lacke, Papier, Verpackungen oder Schuhsohlen verwendet wird. Der Westspitzbergenstrom dagegen trägt Kunststoffteilchen aus Meeresgebieten südlich Spitzbergens in die Framstrasse. Auch diese Erkenntnis spiegelte sich im Kunststoffmix der entsprechenden Proben wider.
39 Prozent der im Wasser treibenden Teilchen bestanden aus Polyamid, aus dem unter anderem Kunstfasern für Kleidung und Fischernetze hergestellt werden. Fast jedes vierte Kunststoffteilchen aus der Wassersäule konnte als Synthesekautschuk (Ethen-Propen-Dien-Kautschuk) identifiziert werden. Dieser elastische Kunststoff wird unter anderem im Automobil- und Gerätebau, als Teichfolie, für die Abdichtung von Dächern und Fassaden sowie als Füllstoff für Kunstrasenplätze verwendet. In den Ablagerungen am Meeresboden fand das Team vor allem Partikel aus chloriertem Polyethylen (CPE), welches beispielsweise bei der Herstellung von Kabeln, Schläuchen, Folien und Antiblockiersystemen (ABS) eingesetzt wird. Erwähnt werden muss an dieser Stelle auch, dass mehr als die Hälfte aller identifizierten Kunststoffpartikel kleiner war als 25 Mikrometer. Diese Grösse entspricht in etwa dem halben Durchmesser eines feinen menschlichen Haares. „Dieser hohe Anteil so kleiner Partikel gibt uns wirklich zu denken, weil sich natürlich sofort die Frage stellt, wie zum Beispiel Tiere auf diese winzigen Kunststoffreste reagieren“, sagt Melanie Bergmann. Britische Kolleginnen untersuchen deshalb aktuell, ob die Kleinkrebse in arktischen Zooplankton-Proben des AWIs Plastik gefressen haben.
Quelle: Alfred-Wegener-Institut AWI
Zum wissenschaftlichen Artikel: DOI: 10.1021/acs.est.9b06981