Kunststoffmüll gelangt aus den Gewässern – im Bild die Lahn in Mittelhessen – in die Flussauen. Foto Collin Weber

21.12.2021 (wm) Wie lassen sich geologische Schichten abgrenzen, die sich im Zeitalter des Anthropozäns gebildet haben? Fachleute aus Geographie und Physik schlagen jetzt vor, Mikroplastik als Kennzeichen anthropozäner Schichten heranzuziehen. Das Team suchte in Bodenproben aus Flussauen nach mittelgroßen Kunststoffteilchen. Die Partikel finden sich in Schichten bis zu zwei Metern Tiefe – das liegt unterhalb der jüngsten Ablagerungen, die sich auf natürliche Weise seit den 1960er Jahren gebildet haben. Die Forschungsgruppe berichtet in der Wissenschaftszeitschrift „Science of the Total Environment“ über ihre Ergebnisse.

Im Jahr 2019 erreichte die weltweite Jahresproduktion an Kunststoffen einen Umfang von 368 Millionen Tonnen, rechnet der Weltverband der Plastikhersteller vor. „Gewässer transportieren mehr als 90 Prozent des Plastikmülls“, merkt der Marburger Geograph Collin Weber an, einer der Leitautoren der aktuellen Studie. „Dabei kommt es auch zur Ablagerung in Überschwemmungsgebieten.“

Forschungsteam durchsuchte den Boden von Flussauen nach mittelgroßen Kunststoffpartikeln
Flussauen bieten geeignete Bedingungen für landwirtschaftliche Nutzung und werden daher oftmals intensiv kultiviert. Wieviel Mikroplastik lagert sich in Überschwemmungsgebieten ab? Wie verteilt es sich? Welche Umweltfaktoren tragen zur Ablagerung und zur Verlagerung des Plastiks in Böden bei? Um diese Fragen zu beantworten, nahm Weber Bohrungen an verschiedenen Stellen entlang des Flusses Lahn in Mittelhessen vor. Er gewann aus einer Tiefe von bis zu zwei Metern insgesamt 120 Bodenproben.

In einer ersten Veröffentlichung wiesen Weber und sein Promotionsbetreuer Professor Dr. Christian Opp bereits nach, dass grober Plastikabfall in viel tiefere Schichten des Bodens gelangt, als man bis dahin angenommen hatte. Sie fanden im Schnitt zwei Plastikpartikel pro Kilogramm Erde. Die Kunststoffteilchen kamen bis in eine Tiefe von einem Meter vor.

Um feinere Kunststoffteilchen in den Bodenproben aufzuspüren, taten sich Weber und Opp mit weiteren Fachleuten aus Geographie und Physik zusammen. Das Team nahm sich die Bodenproben erneut vor, suchte diesmal jedoch nach kleineren Partikeln in einer Größe von einem halben bis unter zwei Millimeter. „Zusätzlich nahmen wir Altersdatierungen der Auenböden vor, um die Ablagerung von Mikroplastik in den vergangenen Jahrzehnten besser nachvollziehen zu können“, erläutert Weber.

Die Befunde bestätigen, dass sich Mikroplastik zeitweise in Flussauen anhäuft. 79 von 111 Bodenproben enthielten mittelgroße Kunststoffteilchen, das sind 71 Prozent. Das Team identifizierte 158 Partikel, das entspricht 2,75 Fundstücke pro Kilogramm Erde. Freilich: In landwirtschaftlich genutztem Boden findet sich viel mehr Mikroplastik.

Für die Flussauen stellte das Team fest: In den oberen 50 Zentimetern des Bodens sammeln sich eher Partikel an als weiter unten, doch findet sich auch in zwei Metern Tiefe noch Kunststoff. „Das Material gelangt bei Hochwasser in den Boden, wobei menschliche Einträge nicht auszuschließen sind“, legt Weber dar.

„Mikroplastik wirkt sich auf die Bodeneigenschaften, die darin lebenden Organismen und auf das Pflanzenwachstum aus“, hebt der Geograph Professor Dr. Peter Chifflard hervor, ein weiterer Leitautor und Betreuer der Arbeiten von Collin Weber. Das betrifft auch die Nahrungsmittelproduktion: „Erste Studien deuten darauf hin, dass Plastikpartikel auch in die Nahrungskette und in den menschlichen Körper gelangen können.“ So wies ein Marburger Team aus Medizin und Chemie vor Kurzem nach, dass Mikroplastik zu Gefäßentzündungen führen kann, wenn es in die Blutbahn von Wirbeltieren gelangt.

Seit dem Ende des Zweiten Weltkriegs ist die weltweite Plastikproduktion rasant angestiegen, von 1,7 Millionen Tonnen im Jahr 1950 auf mehr als das Zweihundertfache. Somit hat sich seit 70 Jahren die Wahrscheinlichkeit vielfach erhöht, dass sich Mikroplastik in der Umwelt anreichert. Die Forschungsgruppe schlägt daher vor, Kunststoffpartikel als Kennzeichen für die Schichten des Anthropozäns heranzuziehen, also des vor Kurzem ausgerufenen Erdzeitalters, das durch den Menschen geprägt ist. „Hierfür muss jedoch im Detail geklärt werden, welche Umweltfaktoren die Verteilung der Kunststoffpartikel im Boden beeinflussen“, gibt Weber zu Bedenken.

Collin Weber verfertigt seine Doktorarbeit in den Arbeitsgruppen von Professor Dr. Christian Opp und Professor Dr. Peter Chifflard, der Bodengeographie & Hydrogeographie in Marburg lehrt. Neben den Marburger Geographen beteiligten sich der Marburger Physiker Professor Dr. Martin Koch und seine Mitarbeiterin Julia Prume sowie der Geograph Thorbjørn Joest Andersen aus Kopenhagen an der Studie. Das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie sowie die Nachwuchsakademie MARA der Universität Marburg förderten die Forschungsarbeit finanziell.

Originalveröffentlichung: Collin Joel Weber & al.: Deposition and in-situ translocation of microplastics in floodplain soils, Science of the Total Environment 2021,
DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152039