Mikroplastik in Treibsel – Sammeln sich die kleinen Partikel im Strandanwurf?

Wie stark ist der Strandanwurf, der auch als Treibsel bezeichnet wird, an Schleswig-Holsteins Ostseeküste mit Mikroplastik belastet? Dies ist bislang noch nie untersucht worden, aber es gibt einen guten Grund dies einmal zu tun. Treibsel besteht in der Regel aus Pflanzenmaterial, das zum größten Teil aus dem Meer stammt. Bei uns sind das vor allem die Blätter des Seegrases Zostera marina und die Thalli des Blasentanges Fucus vesiculosus.

Auf diesem Bild vom Strand in Falckenstein/Kieler Förde besteht der Strandanwurf in der Hauptsache aus frischen Blättern des Seegrases Zostera marina.

Gerade im Sommer kann Ostseetreibsel aber auch andere, meist feinfiedrige grüne und rote Algen enthalten (siehe unten). Treibsel ist ein Element, das Meer und Land verbindet, und es wurde früher vielfältig genutzt, beispielsweise als Bodenverbesserer in der Landwirtschaft. Diese Nutzungsformen sollten zurzeit wiederbelebt werden, denn Treibsel fällt mancherorts in großen Mengen an, die dann aufwändig entsorgt werden müssen. Eine sinnvolle Nutzung dieses Materials wäre da sehr willkommen. Dafür ist es wichtig zu wissen, wie belastet Treibsel möglicherweise mit Schadstoffen oder anderen Verschmutzungen ist. Hierzu zählt auch Mikroplastik, dass sich in der dichten dreidimensionalen Struktur von Treibsel leicht verfangen und anreichern kann. Dabei könnte Mikroplastik in Treibsel sowohl von Land als auch von See stammen. So verwandelt sich beispielsweise Strandmüll mit der Zeit in Mikroplastik und könnte vom Wind in das Treibselmaterial eingetragen werden.  Das Ziel meines Masterprojekts ist es, mehr über die Belastung von Ostsee-Treibsel durch Mikroplastik zu erfahren, indem ich Treibsel an mehreren Stränden zwischen Schleimünde und Travemünde untersuche.

Um mich kurz vorzustellen, mein Name ist Christopher Pauley und ich bin Student im Masterstudiengang Environmental Management an der CAU. Ich komme ursprünglich aus Ohio in den Vereinigten Staaten und habe 2017 meinen Bachelor-Abschluss in Biologie an der Asbury University gemacht. Im Herbst 2019 habe ich dann das Masterstudium in Kiel begonnen. Ich wollte schon immer einmal Europa besuchen und entschied mich, nach einem Master-Programm zu suchen, das mich interessiert. Ich fand eine Beschreibung des Studienganges Environmental Management an der CAU und besuchte Kiel kurz darauf. Die Zeit hier hat mir dann sehr gut gefallen und ich habe mich entschieden, mich für das Masterprogramm einzuschreiben.

Christopher Pauley

Bei den Probennahmen und der Probenaufbereitung für mein Masterprojekt hat mir Mayank Goyal, der ebenfalls für Environmental Management eingeschrieben ist, sehr geholfen. Er kommt aus Delhi, Indien, und hat gerade sein 2. Semester beendet. Mayank hat schon früher über Mikroplastik gearbeitet, denn er hat in Indien die Eignung von Polypropylenfasern als Bodenstabilisator untersucht.

Mayank Goyal

Zu den Standorten, die wir untersuchen, gehören Booknis, Schwedeneck, Falckenstein, Schönberg, Großenbrode und Travemünde. Hohwacht haben wir ebenfalls besucht, aber dort kein Treibsel in nennenswerter Menge gefunden. Alle diese Standorte werden während der Sommerzeit von Touristen stark genutzt und diese Nutzung könnte eine höhere Verschmutzung mit Plastikmüll mit sich bringen, aus dem dann wiederum Mikroplastik entstehen kann. An jedem Standort haben wir daher ein Monitoring nach der OSPAR-Bewertungsmethode durchgeführt, um auch die Belastung mit großteiligem Strandmüll zu erfassen. Dabei zeigte sich folgendes Bild (von stark nach schwach belastet): Falckenstein, Travemünde, Großenbrode, Schönberg, Hohwacht, Booknis und schließlich Schwedeneck. In Schwedeneck konnten wir keinen Müll entdecken, während bei unserem Monitoring in Falckenstein reichlich Müll gefunden wurde.

An jedem Standort wurden zudem sechs 3-Liter-Gefrierbeutel mit Treibsel gefüllt. Nach dem Einsammeln wurden die Proben unter Verwendung des Plastik-Treibselseparators (bitte schaut in den Blog über das Masterprojekt von Sinja Dittmann) gewaschen. Der Separator ist eine einfache Konstruktion, die aus einem Polypropylenbehälter und zwei Gittern besteht, wobei jedes Gitter 39,5 cm × 25,5 cm groß ist. Diese werden waagerecht in den Behälter eingesetzt und das Treibselmaterial dazwischen platziert. Die Gitter sind aus Aluminium gefertigt und haben eine Maschenweite von 1 cm × 1 cm. Mit Hilfe von 2 Griffen werden die Gitter vertikal im Behälter bewegt, der mit 10 l Leitungswasser gefüllt ist. Das obere Gitter verhindert, dass Treibsel an die Oberfläche schwimmt, während das untere Gitter verhindert, dass es sich auf dem Boden des Behälters absetzt. Die Gitter werden manuell bewegt, damit das Wasser durch das Treibselmaterial strömt und die Plastikfragmente herauslöst. Die Gitter werden zum Waschen einer Probe 15 Mal auf und ab bewegt.

Aufsicht auf den Plastik-Treibselseparator.
Mayank beim Waschen der Treibselproben.

Sinja Dittmann hatte in ihrer Masterarbeit festgestellt, dass sich Kunststoffpartikel, die im Treibsel enthalten sind, mit zunehmender Zahl an Waschbewegungen aus dem Material lösen. Nach ca. 12 solcher Bewegungen ist dann in der Regel der allergrößte Teil des enthaltenen Plastiks aus dem Treibsel ausgespült worden. Der nächste Schritt ist dann das Absammeln der aus dem Treibsel aufgestiegenen Partikel von der Wasseroberfläche. Dabei kann es sich um Mikroplastik aber auch um organischen Fragmente handeln. Dies geschieht mit Hilfe eines Edelstahlsiebes mit einer Maschenweite von 1 mm. Dieses definiert auch die Größenuntergrenze meiner Untersuchung. Ich erfasse Mikroplastik im Bereich zwischen einem und fünf Millimetern. Um schließlich noch die Plastikteile zu erfassen, die sich während des Waschens am Boden des Behälters abgesetzt haben, wird zunächst das Treibsel, das sich zwischen den Gittern befindet, zusammen mit den Gittern entnommen und das zurückbleibende Wasser langsam durch das 1 mm Sieb gegossen. Auch hier können sich in dem abgesetzten Material auch natürliche Mikropartikel wie beispielsweise Fragmente von Muschelschalen befinden.

Christopher beim Sieben des Waschwassers.

Die aufgefangenen Partikel werden dann mit einer kleinen Spritzflasche aus dem Sieb in einen sauberen Behälter gespült. Diese Partikel-Mischung wird dann weiter mit Blick auf Kunststofffragmente analysiert. Dafür wird die Probe auf ein Sortiertablett geschüttet und sorgfältig mit Hilfe eines Binokulars untersucht.

Das Sortieren der Partikel geschah unter einem Binokular.

Alle Fragmente, die potenziell Mikroplastik sein könnten, werden weiter analysiert. Hierfür werden sie in eine versiegelte Petrischale gegeben, so dass sich keine Mikroplastikpartikel aus der Raumluft, wie beispielsweise Kleidungsfasern, am Probenmaterial ablagern können. Im nächsten Schritt werden die so gesammelten Partikel mit Hilfe eines FTIR-Spektroskops analysiert. Dies wird es uns nicht nur ermöglichen, zu entscheiden, ob ein Partikel aus Kunststoff ist, sondern erlaubt es auch die Polymere zu identifizieren, aus denen sie bestehen. Wir vermuten, dass der Großteil des Mikroplastiks, das wir gefunden haben, auf den Zerfall von Plastikverpackungen zurückgeht, die am Strand liegengelassen wurden. Diese bestehen meistens aus Polyethylen oder Polypropylen. Das Müllmonitoring an den untersuchten Stränden hatte ergeben, dass es sich bei der überwiegenden Mehrheit der Müllteile um kleine Plastikverpackungen und Tüten handelt, die unter dem Einfluss von Licht und Wärme schnell zerfallen können.

Typischer Strandmüll, der unter dem Einfluss der UV-Strahlung und der Witterung relativ schnell zu Mikroplastik zerfallen kann.

Ein interessanter Aspekt während des Projekts waren die deutlichen Unterschiede in der Zusammensetzung des Treibselmaterials zwischen den verschiedenen Probenahmestellen. In Schwedeneck bestand das Treibsel aus Blasentang und einigen terrestrischen Komponenten wie Zweigen von Bäumen. In Booknis fand sich eine ähnliche Zusammensetzung wie in Schwedeneck, allerdings war hier das Treibselmaterial stark fragmentiert und recht alt. In Falckenstein hingegen bestand der Anwurf zum Zeitpunkt der Probenahme fast ausschließlich aus frischem Fucus und Zostera, während er in Schönberg eine deutlich andere Zusammensetzung aufwies. Hier fanden sich auch Teile von Fucus vesiculosus und Zostera marina, aber diese waren mit einer großen Menge von Thalli der Rotalge Delessaria sanguinea vermischt.

Treibselmaterial aus Schönberg enthielt sehr viel Rotalgen.

In Großenbrode und Travemünde war die Zusammensetzung des Treibsels erneut deutlich anders. Der Anwurf in Travemünde bestand vollständig aus dem Seegras Zostera marina, während sich in Großenbrode eine Mischung aus Delessaria sanguinea, Fucus vesiculosus, Zostera marina und dem Gabeltang Furcellaria lumbricalis fand. Allerdings war Zostera marina auch hier wieder der Hauptbestandteil des Anwurfs. In zukünftigen Projekten zu diesem Thema sollte untersucht werden, wie sich die Zusammensetzung des Treibsels auf die Effizienz des Waschvorgangs auswirkt. Dafür fehlte mir leider die Zeit.

Bislang enthielten die Proben aus Travemünde am meisten Mikroplastik, während die Proben aus Großenbrode die zweithöchste und die aus Schönberg die dritthöchste Konzentration aufwiesen. Das Treibsel von den anderen Standorten enthielt sehr wenig bis gar kein Mikroplastik. Die Standorte mit den höchsten Konzentrationen an Plastikfragmenten waren – vielleicht wenig überraschend – auch die Standorte, die während des Beprobungszeitraums die höchsten Besucherzahlen aufwiesen. Im Vergleich dazu hatten zwei der Strände an denen sich am wenigsten Mikroplastik in den Proben fand (Booknis und Schwedeneck) nur sehr wenige Besucher. Eine weitere mögliche Determinante für die Mikroplastikkonzentration im Treibsel ist das Alter des Materials. Zum Beispiel enthielt Treibsel aus Falckenstein, welches das wahrscheinlich frischeste Material war, das wir beprobt haben, die wenigsten Mikroplastikpartikel aller beprobten Standorte. Insgesamt haben wir 25 Mikroplastikpartikel gefunden. 10 davon wurden in Treibsel aus Travemünde entdeckt, während 8 in den Proben aus Großenbrode gefunden wurden. Die restlichen Mikroplastikpartikel verteilen sich relativ gleichmäßig auf das Treibselmaterial von den anderen 5 Standorten.

Im nächsten Schritt werden die Partikel in der Kieler Forschungswerkstatt mit Hilfe eines FTIR-Spektroskops identifiziert. Wie bereits erwähnt, wird während dieses Prozesses die genaue chemische Beschaffenheit der Partikel analysiert und die Mikroplastikpartikel können bestimmten Polymeren zugeordnet werden. Nach Abschluss dieses Projektabschnitts werde ich den Schreibprozess für meine Masterarbeit beginnen und mich weiter in die relevante Literatur einarbeiten. Ich bin sehr daran interessiert, mehr über die Mikroplastikverschmutzung im Meer und über Methoden zu deren Abschätzung zu erfahren.

Viele Grüße

Christopher

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