Metall dringt tiefer in Auenböden ein als Plastik

Kunststoffe und Metalle verteilen sich unterschiedlich in den Böden von Flussauen:

Während Plastikpartikel sich in den obersten Bodenschichten konzentrieren, finden sich Metalle bis in eine Tiefe von zwei Metern. Das hat eine Forschungsgruppe aus der Marburger Geographie und Physik entlang der Nidda festgestellt, eines Flusses in Hessen. Das Team berichtet im Fachblatt „Microplastics and Nanoplastics“ über seine Ergebnisse.

Die Nidda entspringt im Vogelsberg und mündet im Stadtgebiet von Frankfurt in den Main. Sie fließt vom ländlichen Oberlauf über Ackerland bis zur urbanisierten Mündung und ist somit typisch für Zentraleuropa. „In Flussauen lagern sich aufgrund ihrer Übergangslage zwischen Fluss und Land bei Überschwemmungen unterschiedliche Schadstoffe ab, etwa giftige Metalle aus der Industrie“, erklärt der Marburger Geograph Professor Dr. Peter Chifflard, einer der Leitautoren der aktuellen Studie. Auch Plastikpartikel unterschiedlicher Größe finden sich in Auenböden.

Somit kann es in Auenböden zu verschiedenen Wechselwirkungen zwischen Kunststoffteilchen und Metallen kommen: zum Beispiel, wenn Metallzusätze aus Kunststoffen herausgelöst werden oder wenn sich umgekehrt Metalle aus dem Boden an Kunststoffoberflächen anreichern, was so oder so das Verhalten potentiell giftiger Metalle verändert.

„Will man einschätzen, welche dieser Prozesse im Boden stattfinden, muss man erst einmal wissen, wie Metalle und Plastik verteilt sind“, gibt Erstautor Dr. Collin J. Weber zu bedenken, der seine Doktorarbeit am Fachbereich Geographie der Philipps-Universität anfertigte und seit Kurzem als Wissenschaftler an der Technischen Universität Darmstadt arbeitet. Doch insbesondere zur vertikalen Verteilung dieser Verunreinigungen – also zur Frage, in welchen Bodenschichten der Flussauen sie auftreten – gab es bislang keine ausreichenden wissenschaftlichen Untersuchungen.

Um das zu ändern, taten sich die Geographen mit der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Martin Koch aus der Marburger Physik zusammen. Das Team nahm Bodenproben an 20 Stellen entlang der Nidda und analysierte sie im Labor auf Verunreinigungen mit Plastikpartikeln und verschiedenen Metallen, zum Beispiel Chrom, Nickel, Kupfer, Zink, Blei und weiteren.

Dabei stellte das Forschungsteam zwar kein auffälliges Verteilungsmuster in der Fläche fest: Metalle und Kunststoffpartikel sind horizontal gleichmäßig verteilt. Aber im vertikalen Auftreten gibt es deutliche Unterschiede zwischen Metall und Plastik.

„Die unteren Bodenschichten enthalten deutlich weniger Plastik als die höheren Schichten und die Oberfläche“, konstatiert das Team. „Es gibt ein Maximum in den obersten 10 Zentimetern.“ Darunter nimmt die Menge des gefundenen Kunststoffs kontinuierlich ab. Auf der Oberfläche fand die Forschungsgruppe immer wieder Überreste von Konsumartikeln – das achtlose Wegwerfen von Verbrauchsgegenständen und Verpackungsmüll scheint also eine Quelle der Verschmutzung mit Kunststoffen zu sein.

Doch während sich bei Plastik ein klarer Unterschied zwischen höheren und tieferen Bodenschichten zeigt, reichern sich Metalle erst unterhalb von 40 Zentimetern in zwei oder drei Lagen an. „Die Metallverunreinigung tritt gehäuft in einer Tiefe von 30 bis 40 Zentimetern auf sowie nochmals bei 75 bis 100 Zentimetern“, berichtet Weber. Vermutlich sei das auf Metalle zurückzuführen, die an Sedimente gebunden sind.
„Das vertikale Muster der Verunreinigungen deutet auf eine Abfolge von älteren Metall- und jüngeren Kunststoffablagerungen in den untersuchten Auenböden hin“, fasst Chifflard zusammen. „Dies lässt vielleicht auf unterschiedliche Ablagerungszeiträume und Mobilitäten in den Auenböden rückschließen.“

Professor Dr. Peter Chifflard lehrt Bodengeographie und Hydrogeographie an der Philipps-Universität. Neben seiner Arbeitsgruppe und einem Team um den Marburger Physiker Professor Dr. Martin Koch beteiligte sich der Geograph Professor Dr. Christian Opp von der Philipps-Universität an den Forschungsarbeiten. Das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie sowie die Nachwuchsakademie MARA der Philipps-Universität Marburg förderten die Forschungsarbeit finanziell.

Originalveröffentlichung: Collin J. Weber & al.: Meso- and microplastic distribution and spatial connections to metal contaminations in highly cultivated and urbanised floodplain soilscapes – a case study from the Nidda River, Microplastics and Nanoplastics 2022, DOI: https://doi.org/10.1186/s43591-022-00044-0

Weitere Informationen:
Ansprechpartner: Professor Dr. Peter Chifflard,
Arbeitsgruppe Boden- und Hydrogeographie
Philipps-Universität Marburg
Tel: 06421 28-24155
E-Mail: peter.chifflard@geo.uni-marburg.de

Dr. Collin J. Weber
Institut für Angewandte Geowissenschaften
Bodenmineralogie und Bodenchemie
Technische Universität Darmstadt
Tel: 06151 16-20468
E-Mail: weber@geo.tu-darmstadt.de

Mikroplastikforschung im Marburger Unijournal (2019): http://www.uni-marburg.de/de/aktuelles/news/2019/erleben-sie-ihr-blaues-wunder

http://www.uni-marburg.de