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Alles im Fluss

Weltweit steigt die Verschmutzung von Meeren, Flüssen und Seen durch Plastikmüll. In zwei Verbundprojekten wollen Forscher nun erstmals ökosystemübergreifend herausfinden, wie viel Mikroplastik über Weser und Warnow in Nord- und Ostsee gelangt. Mit dabei: Jülicher Wissenschaftler.

Eigentlich hätten wir es im Vorfeld wissen müssen: Langlebige Kunststoffe für kurzlebige Verpackungen und Gegenstände zu verwenden, kann nicht gut gehen: Plastiktüten, Lebensmittelverpackungen, Eimer, Plastikflaschen, Wegwerfwindeln oder Angelschnüre bilden auf den Meeresoberflächen längst riesige Müllteppiche. Schätzungen zufolge treiben in den Weltmeeren mehr als fünf Billionen Kunststoffteile mit einem Gewicht von über 268.000 Tonnen – Tendenz steigend. Die erschreckenden Bilder kennen wir: Schildkröten mit Strohhalmen in der Nase, Albatrosse, die verhungern, weil ihr Magen mit Plastik gefüllt ist oder – ganz aktuell – ein Pilotwal, in dessen Magen acht Kilogramm Plastikmüll entdeckt wurden. Mehr als 330 Tierarten schlucken den Plastikmüll der Meere, mehr als 132 Arten sterben durch Zigarettenkippen, Plastikdeckel und Dosenverschlüsse: erstickt, verhungert, erwürgt.

Zahn der Zeit nagt – zu langsam

Der Zahn der Zeit nagt zwar auch am Plastik – aber zu langsam. Von Meereswellen zerschlagen, von Licht oder Sauerstoff zersetzt, entsteht aus Makroplastik Mikroplastik: Das sind Plastikkrümel, die kleiner als fünf Millimeter und größer als ein Mikrometer sind – die wir also mit dem bloßen Auge oft gar nicht erkennen, aber mitessen, mittrinken und einatmen. Das Plastik verändert zwar Form und Farbe, aber es bleibt Plastik – jahrzehntelang: So überdauert eine Plastikflasche Schätzungen zufolge 450 Jahre, eine Angelschnur 600 Jahre, ein Kaffee-Becher 50 Jahre. Die winzigen Teilchen sinken irgendwann auf den Meeresgrund – am australischen Great Barrier Reef genauso wie im elf Kilometer tiefen Marianengraben im Pazifik oder in der arktischen Tiefsee. Wie groß diese Mengen sind, weiß noch niemand genau. Forscher gehen davon aus, dass nur 15 Prozent des Meeresmülls an den Stränden landen und weitere 15 Prozent auf der Wasseroberfläche treiben. Der Löwenanteil mit 70 Prozent befindet sich tief unten im Meer.

Ein Großteil des Mikroplastiks entsteht aber bereits viel früher – beispielsweise über den Abrieb unserer Autoreifen oder in unseren Waschmaschinen: Wenn wir Fleecejacken waschen, sind sie nicht nur sauber, sondern auch immer ein wenig leichter: Bei jeder Wäsche werden winzige Partikel der Kunststofffasern gelöst und landen als Mikroplastik im Abwasser. Das Problem: Kläranlagen können Mikroplastik nicht aus dem Wasser filtern. Über die verschiedenen Flüsse gelangt es schließlich in die Meere.

weggeworfene Flasche am StrandCopyright: CC 0 Creative Commons: https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/

Eng verzahnt: PLAWES und Microcatch_Balt

Genau an diesem Punkt setzen zwei eng verzahnte Verbundprojekte an, an denen die Jülicher Forschergruppe "Modellierung und Management von Flusseinzugsgebieten“ vom Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG-3) beteiligt ist: In „PLAWES“ steht die Weser von der Quelle über die Mündung bis in die Nordsee im Mittelpunkt, in „MicrocatchBalt“ das mecklenburgische Flusssystem Warnow, das in der Ostsee mündet.

"Wenn wir Maßnahmen auf den Weg bringen wollen, die den Mikroplastikeintrag verringern sollen, müssen wir vor allem wissen, wo innerhalb der Flussgebiete die Hotspots sitzen, also die Hauptquellen für Mikroplastik, und wie das Mikroplastik in die Flüsse gelangt", bringt es Professor Frank Wendland als Gruppenleiter auf den Punkt. Ob punktuell über Kläranlagen und Abwassersysteme, diffus über Stoffeinträge der Landwirtschaft, Bodenerosionen oder über die Luft – in beiden Pionierprojekten wollen die Forscher modellgestützt analysieren, welche Quellen in welchen Teilregionen der Flusseinzugsgebiete die größte Bedeutung haben und über welche Wege die Mikroplastikteile dorthin gelangen. In diesem Zusammenhang werten die Jülicher Forscher die Ergebnisse der konzertierten Messkampagnen der Kollegen an einzelnen Standorten aus und übertragen sie auf vergleichbare Standorte im Untersuchungsgebiet: „Wir entwickeln also für unsere Modelle sogenannte Exportkoeffizienten für verschiedene Mikroplastik-Quellen und deren Eintragspfade, die wir auf das gesamte Flusseinzugsgebiet übertragen können“, erklärt Wendland.

Bewährtes Modell für neue Aufgaben

Eigentlich ist sein Team bekannt für Modellierungen zum Nährstoffeintrag in Gewässer auf Bundesländer-Ebene. „Diese bewährten Modelle passen wir nun so an, dass sie auch für Mikroplastik funktionieren“, so der Professor. Allerdings stehe die Wissenschaft da weltweit noch ganz am Anfang, es gebe so gut wie keine Vergleichswerte für Flusseinzugsgebiete oder andere ökosystemübergreifende Projekte, die Ansatzpunkte liefern könnten.

Bisher hat die Jülicher Arbeitsgruppe in den beiden Mikroplastikprojekten den Wasserhaushalt für Weser und Warnow modelliert und bestimmt, wie die einzelnen Teilräume entwässert werden. „Dieses hydrologische Gerüst steht“, sagt der Forscher. Jetzt warten er und sein Team auf die Proben-Ergebnisse der Kollegen. „Die Auswertungen dauern noch an“, sagt Wendland. Er geht davon aus, dass seine Arbeitsgruppe im Herbst auf Basis der Daten mit der Entwicklung der grundlegenden Mikroplastik-Übertragungsfunktionen beginnen kann, die Rückschlüsse liefern sollen, woher das Mikroplastik stammt. „Wir versuchen sozusagen die Menge, die an bestimmten Messstationen in Weser und Warnow gefunden worden ist, in die dahinterliegende Fläche des Einzugsgebiets zu bringen“, erklärt der Wissenschaftler und ergänzt: „In welchen Größenordnungen, in welchen Teilräumen und über welche Abflusskomponenten relevante Mikroplastikmengen in die Flussläufe gelangen, werden wir dann sehen“.

Die Ergebnisse könnten erste Anhaltspunkte für Handlungsempfehlungen liefern. „Bis dahin ist es noch ein weiter Weg, aber immerhin ist uns ein Anfang gelungen – und der ist bekanntlich schwer“, resümiert Wendland.

Zu den Projekten

Ansprechpartner für die Teilprojekte in Jülich:

Prof. Dr. Frank Wendland
Forschungszentrum Jülich
Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG)
Institut 3: Agrosphäre
52425 Jülich
Tel.: +49 2461 61 3165
E-Mail: f.wendland@fz-juelich.de

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert beide Vorhaben seit 1. September 2017 bis zum 31. August 2020 aus dem Programm FONA (Forschung für Nachhaltige Entwicklung).

PLAWES – ein Überblick:

("Mikroplastikkontamination im Modellsystem Weser - Nationalpark Wattenmeer: ein ökosystemübergreifender Ansatz")

Im Projekt PLAWES werden die Mikroplastikeinträge in die Nordsee für das Flusseinzugsgebiet der Weser modelliert, d.h. für ein großes und hydrologisch heterogenes Einzugsgebiet mit mehreren großen Ballungsräumen im Binnenland und unterschiedlichen Landschaftsstrukturen und Landnutzungsformen. Dieses Projekt wird von der Uni Bayreuth und dem Alfred Wegener Institut (AWI Helgoland) koordiniert, weitere Projektpartner neben dem Forschungszentrum Jülich sind die Universitäten Frankfurt und Oldenburg sowie der Niedersächsische Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN).

Microcatch_Balt – ein Überblick:

Untersuchung der Mikroplastik-Senken und -Quellen von einem typischen Einzugsgebiet bis in die offene Ostsee

Im Projekt MikroCatch_Balt werden die Mikroplastikeinträge in die Ostsee für das Flusseinzugsgebiet der Warnow modelliert, d.h. für ein überwiegend ländlich geprägtes, kleines und hydrologisch homogenes Einzugsgebiet mit einer großen Siedlung im Mündungsbereich (Rostock). Dieses Projekt wird vom Institut für Ostseeforschung (IOW) in Warnemünde koordiniert, weitere Projektpartner neben dem Forschungszentrum Jülich sind das Thünen-Institut in Braunschweig (TI), das Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (IPF) und das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung Rostock (FhIGD).


Katja Lüers