27.01.2022 - Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt)

In den Alpen schneit es Plastik

Nanoplastik in der Umwelt: Neues chemisches Verfahren zum Zählen der Plastik-Teilchen entwickelt

In einer grossangelegten Spendenaktion wollen populäre Youtuber wie Mister Beast oder Mark Rober gerade die Meere von knapp 14'000 Tonnen Plastik befreien. Das sind etwa 0.15 Prozent der Menge, die jährlich in den Ozeanen landet. Aber nicht nur unsere Gewässer sind voller Plastik. Eine neue Studie zeigt, die Verbreitung von Nanoplastik durch die Luft ein weitreichenderes Problem ist, als bisher angenommen.

In einer neuen Studie untersucht Empa-Forscher Dominik Brunner, zusammen mit Kollegen und Kolleginnen der Universität Utrecht sowie der österreichischen Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, wie viel Plastik aus der Atmosphäre auf uns runterrieselt. Laut der Studie verbreitet sich Nanoplastik über die Luft teilweise über 2000 Kilometer weit. In der Schweiz landen – den Zahlen der Messung aus Österreich entsprechend - jährlich etwa 43 Trillionen feinster Plastikteilchen. Wie viel es genau sind, darüber ist sich die Forschung noch uneins. Aber gemäss Schätzungen aus der Studie könnten es bis zu 3000 Tonnen Nanoplastik sein, mit denen die Schweiz jährlich von den abgelegenen Alpen bis ins urbane Unterland überzogen wird. Diese Schätzungen sind im Verhältnis zu anderen Studien sehr hoch, und es bedarf weiterer Forschung zur Überprüfung dieser Werte.

Die Studie ist wissenschaftliches Neuland. Denn die Verbreitung von Nanoplastik durch die Luft ist bis heute weitgehend unerforscht. Das Resultat von Brunners Forschung ist die genauste Erfassung der Luftverschmutzung durch Nanoplastik, die jemals durchgeführt wurde. Zur Zählung der Plastik-Teilchen haben Brunner und seine Kollegen und Kolleginnen eigens ein chemisches Verfahren entwickelt, das die Verunreinigung der Proben mit einem Massenspektrometer bestimmt.

Forschen unter Extrembedingungen

Untersucht haben die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen eine kleine Fläche auf 3106 Metern Höhe an der Spitze des Berges Hoher Sonnenblick im Nationalpark Hohe Tauern in Österreich. Hier steht seit 1886 ein Observatorium der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik. Geleitet wird das Observatorium von der Meteorologin und Arktisforscherin Elke Ludewig. Seitdem die Forschungsarbeiten im späten 19. Jahrhundert aufgenommen wurden, war das Observatorium nur an vier Tagen nicht im Betrieb. Auch für die Studie über die Verbreitung von Nanoplastik in entlegenen Gebieten diente die Forschungsstation als Basis.

Jeden Tag, und bei jeder Wetterlage, haben Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen um 8 Uhr früh rund um eine Markierung einen Teil der obersten Schneeschicht abgetragen und sorgfältig aufbewahrt. Die Verschmutzung der genommenen Proben durch Nanoplastik in der Luft oder auf den Kleidern der Wissenschaftler war dabei eine besondere Herausforderung. Im Labor mussten die Forscherinnen und Forscher teilweise regungslos verharren, wenn ein Kollege mit einer offenen Probe hantierte.

Der Ursprung der winzigen Teilchen ist mit Hilfe von Europäischen Wind- und Wetterdaten nachverfolgt worden. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass der grösste Ausstoss an Nanoplastik in die Luft in dicht besiedelten, urbanen Gebieten passiert. Etwa 30 Prozent der gemessenen Nanoplastik-Teilchen auf dem Berggipfel stammen aus einem Radius von 200 Kilometer, vorwiegend aus Städten. Aber auch Plastik aus den Weltmeeren gelangt offenbar über die Gischt der Wellen in die Luft. Rund 10 Prozent der in der Studie gemessenen Teilchen wurden von Wind und Wetter über 2000 Kilometer auf den Berg geweht – teilweise vom Atlantik aus.

Nanopartikel gelangen ins Blut

Schätzungsweise über 8300 Millionen Tonnen Plastik sind bis anhin weltweit produziert worden, etwa 60 Prozent davon ist unterdessen Abfall. Dieser Müll erodiert durch Witterungseffekte und mechanischen Abrieb von Makroteilchen über Mikroteilchen bis hin zu Nanoteilchen. Doch ist weggeworfenes Plastik bei weitem nicht die einzige Quelle. Durch den alltäglichen Gebrauch von Plastik-Produkten wie Verpackungen und Kleidung wird Nanoplastik freigesetzt. Partikel in diesem Grössenbereich sind so leicht, dass ihre Bewegung in der Luft am ehesten mit Gas verglichen werden kann.

Neben Plastik finden sich noch allerlei andere Kleinstteilchen. Vom Saharasand bis zum Bremsbelag schwirrt die Welt als Abrieb durch die Luft. Es ist bis jetzt unklar, ob diese Art von Luftverschmutzung potentiell eine gesundheitliche Bedrohung für den Menschen bedeutet. Nanopartikel landen im Gegensatz zu Mikropartikel nicht nur im Magen. Sie werden über die Atmung tief in die Lungenflügel gesogen, wo sie dank ihrer Grösse eventuell die Zell-Blut-Barriere überwinden, und so in den menschlichen Blutkreislauf dringen könnten.

Empa-Forscher Bernd Nowack, der mit seinen Forschungsarbeiten über die Verbreitung von Nanoteilchen in der Umwelt seit acht Jahren in Folge zu den meist-zitierten Forschern weltweit gehört, sagt: «Wir wissen, dass Mikro- und Nanoplastik fast überall vorhanden ist. Aber ob das wichtig oder gar gefährlich ist, müssen wir erst noch erforschen.» Aktuell untersucht Nowacks Team, ob Nanoplastik-Teilchen auch aus Kleidung entstehen und freigesetzt werden können.

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