Mikroplastik: trojanisches Pferd für Metalle

Mikroplastik kann organische Schadstoffe aus der Umwelt anreichern und sie transportieren – das ist schon länger bekannt. Neu ist, dass auch Metalle auf diese Art und Weise transportiert werden können. Und: Je kleiner die Partikel sind, desto größer ist die Anreicherung von Metallen auf dem Plastik. Das haben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Hereon in einer neuen Studie gezeigt. Die Ergebnisse wurden jetzt im Journal of Hazardous Materials Letters veröffentlicht.

Weltweit haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die alarmierende ökologische Allgegenwärtigkeit und Langlebigkeit von Kunststoffpartikeln bereits nachgewiesen. Die Partikel sind zwischen einem Mikrometer und einem halben Zentimeter klein. Sie entstehen zum Teil, wenn größer Plastikteile im Meer zerbrechen oder gelangen von Land direkt durch Abwässer in die Flüsse und darüber in die Ozeane. Wenn es in sehr hohen Konzentrationen auftritt, ist Mikroplastik toxisch. Dazu kommt, dass es auch andere Schadstoffe anreichern, transportieren und freisetzen kann.

Während es zu organischen Schadstoffen in diesem Kontext bereits publizierte Daten gibt, ist bislang wenig über die Wechselwirkungen zwischen den im Wasser treibenden Mikroplastikteilchen und gelöst vorliegenden Metallen bekannt. Deshalb haben Wissenschaftler des Instituts für Umweltchemie des Küstenraumes des Helmholtz-Zentrums Hereon diese Wechselwirkungen nun systematisch im Labor untersucht.

55 verschiedene Metalle untersucht

Das Team um Erst-Autor Dr. Lars Hildebrandt hat die Anreicherung von 55 verschiedenen Metallen und Halbmetallen an Polyethylen- und Polyethylenterephthalat-Partikeln einer Größe von 63 bis 250 Mikrometer untersucht. „In Hinblick auf die Verschmutzung von Wasser mit Kunststoffen spielen die beiden von uns untersuchten Kunststofftypen eine wichtige Rolle“, so Umweltchemiker Hildebrandt. „Dies liegt an ihren vielfältigen Anwendungsbereichen und den damit einhergehenden hohen Produktionsmengen. Die meisten Einkaufstüten sind beispielsweise aus Polyethylen (Recycling-Code 4, LDPE) und Kunststoffgetränkeflaschen fast ausnahmslos aus Polyethylenterephthalat (Recycling-Code 1, PET) gefertigt.“

Je kleiner die Partikel, desto stärker die Anreicherung

„Bei den Untersuchungen haben wir festgestellt, dass die Anreicherung umso stärker ist, je kleiner die Partikel sind und dass es signifikante Unterschiede zwischen den verschiedenen Elementen (Metallen und Halbmetallen) gibt, was das Ausmaß der Anreicherung betrifft“, sagt Co-Autor Dr. Daniel Pröfrock, Leiter der Abteilung Anorganische Umweltchemie am Hereon. Einige Metalle, genauer gesagt deren Ionen, wie zum Beispiel Chrom, Eisen, Zinn und die Seltenen Erden, lagerten sich fast vollständig an das Mikroplastik an. Andere, wie beispielsweise Cadmium, Zink und Kupfer, zeigten über die gesamte Versuchszeit nahezu keine Anlagerung am Plastik. Dazu kommt, dass die Polyethylen-Partikel eine deutlich stärkere Anreicherung aufwiesen als die Polyethylenterephthalat-Partikel.

Metalle werden nahezu vollständig wieder freigesetzt

Im zweiten Teil des Versuchs konnten die Hereon-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass die mit Metallen oder Halbmetallen beladenen Partikel die jeweiligen Metallgehalte unter chemischen Bedingungen, wie sie im Verdauungstrakt herrschen, nahezu vollständig wieder freisetzen. „Unser Versuchsaufbau im Labor war zwar vereinfacht und ohne Modellorganismen. Doch trotzdem liefern die Ergebnisse wichtige Hinweis darauf, dass Mikroplastikpartikel, wenn sie vom Körper aufgenommen werden, als eine Art Trojanisches Pferd für Metalle fungieren und diese so eventuell verstärkt in Organismen eintragen werden können“, zieht Lars Hildebrandt ein erstes Fazit.

In weiteren Versuchen wird jetzt überprüft, wie sich andere, häufig in der Umwelt anzutreffende Kunststoffe verhalten, beziehungsweise welchen Einfluss das Alter der Partikel und ihr Verwitterungszustand auf die Anlagerungs- und Freisetzungsprozesse haben.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. rer. nat. Daniel Pröfrock
Abteilungsleiter Anorganische Umweltchemie
Institut für Umweltchemie des Küstenraumes
Helmholtz-Zentrum Hereon
Tel: +49 (0)4152 87-2846
daniel.proefrock@hereon.de

Originalpublikation:

L. Hildebrandt, F.L. Nack, T. Zimmermann, D. Pröfrock, Microplastics as a Trojan horse for trace metals, Journal of Hazardous Materials Letters, 2021, 100035, ISSN 2666-9110, https://doi.org/10.1016/j.hazl.2021.100035

Weitere Informationen:

https://hereon.de/institutes/coastal_environmental_chemistry/inorganic_environme… Website der Hereon-Abteilung Anorganische Umweltchemie

https://www.hereon.de/