Müllkippe Ozean: Wie gefährlich ist Mikroplastik für Meeresorganismen?

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1 Müllkippe Ozean: Wie gefährlich ist Mikroplastik für Meeresorganismen? Foto: Jonas Martin Mark Lenz Marine Ökologie GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel Ringvorlesung Umwelt TU München 10. Mai

2 Warum benutzen wir Plastik? Foto: Sarah Piehl Plastik ist flexibel leicht bruchfester als Glas oder Keramik korrosionsresistent unzugänglich für Pilze und Bakterien kostengünstig 2

3 Wie viel Plastikmüll produzieren wir? Wir produzieren 1,3 Milliarden Tonnen Müll pro Jahr. Source: Plastics Europe 10% - 20% des gesamten Müllvolumens bestehen aus Plastik. Mehr als ein Drittel aller Plastikprodukte sind Einwegartikel. 3 Andrady 2003, Thompson et al. 2009, Hoornweg et al. 2013

4 Was passiert mit dem Plastik? Foto: Mark Lenz : Mark Lenz Plastik wird deponiert, verbrannt oder recycelt. Die Art der Entsorgung hängt von der lokal vorhandenen Infrastruktur ab und variiert global sehr stark. 4 Rochman et al. 2013, NOAA

5 Wie kommt das Plastik ins Meer? 80 % 20 % 5 Andrady 2011, Rochman et al. 2013

6 Austrag durch Wind und Regen Akkumulation und Transport durch Flüsse Verlorene oder aufgegebene Ausrüstung Foto: Mark Lenz Quelle: Spiegel-Online Strandmüll Küstengewässer und der offene Ozean Foto: Mark Lenz Transportverluste Foto: Jonas Martin Foto: Mark Lenz Katastrophen Illegale Entsorgung Müll von Fähren und Kreuzfahrtschiffen Quelle: dpa Foto: Mark Lenz Foto: Mark Lenz 6 Photo: Mark Lenz Photo: Mark Lenz

7 Wie viel Plastik ist im Meer? Quelle: Jambeck et al in Science 192 Küstenstaaten haben 2010 zusammen 275 Mio Tonnen Plastikmüll produziert. 5 Mio bis 13 Mio Tonnen gelangten ins Meer. Diese Menge soll sich bis zum Jahr 2025 verzehnfachen. Im Meer befinden sich bereits Mio Tonnen. 7 Rochman et al. 2013, NOAA, Cózar et al. 2014, Jambeck et al. 2015

8 Was geschieht mit dem Plastik im Meer? Quelle: Cózar et al in PNAS Die großen ozeanischen Strudel akkumulieren Plastik. An Meeresoberfläche treiben zwischen und Tonnen Plastikmüll. Die meisten Plastikteile an der Meeresoberfläche haben eine Größe von ca. 2 mm. Die Menge an Plastik an der Meeresoberfläche ist in den letzten 15 Jahren nicht größer geworden. 8 Sebille et al 2012, Eriksen et al. 2013, Ryan Cózar et al. 2014

9 Was geschieht mit dem Plastik im Meer? Quelle: NOAA/National Geograph Meeresoberfläche Foto: Sarah Pl Küsten 15 % 15 % Wassersäule Quelle: AWI Meeresboden 70 % 9 Bergman & Klages 2012, Cauwenberghe et al. 2013

10 Was geschieht mit dem Plastik im Meer? Fragmentierung durch chemische, physikalische und biologische Prozesse Photo-Oxidation Thermo-Oxidation Hydrolyse Wellenschlag Bakterien Auf diese Weise entsteht sekundäres Mikroplastik. 10 Browne et al. 2007, Artham & Doble 2009, Andrady 2011, Harshvardhan & Jha 2013

11 Was geschieht mit dem Plastik im Meer? Was ist primäres Mikroplastik? Foto: Jonas Martin Foto: Mark Lenz Foto: Vanessa Rüttler Fasern aus Polymer-Kleidung, Peeling-Partikel aus Kosmetika, Schleifkörper, Rohplastik Source: amazon.com 11

12 Was geschieht mit dem Plastik im Meer? Quellen für marines Mikroplastik Haushaltsabwässer Reinigungsarbeiten und Ladungsverluste in Häfen Ladungsverluste auf See Fragmentierung von Plastikmüll auf See und an Küsten 12 12

13 Wie misst man die Belastung durch Mikroplastik? : Mark Lenz : Mark Lenz : Mark Lenz : Mark Lenz : Mark Lenz 13

14 Wie misst man die Belastung durch Mikroplastik? Foto: Matthias Haeckel 14

15 Was wissen wir über die Belastung durch Mikroplastik? Mikroplastik findet sich mittlerweile fast überall im Meer Es kann lokal sogar den größten Teil des Plastikmülls ausmachen Die Mengen und die Zusammensetzung schwanken räumlich stark Mikroplastik reichert sich in Sedimenten an Was wissen wir nicht? Wie hoch ist die Umweltbelastung genau? Welche räumlichen und zeitlichen Verbreitungsmuster gibt es? Welche Transportwege gibt es für Mikroplastik? Gibt es dauerhafte Senken für Mikroplastik? 15

16 Was geschieht mit dem Plastik im Meer? Aufnahme durch Tiere Cole et al Browne et al Davison & Ash 2011, Foekema et al Stephanis et al Quelle: Smithsonian 10 1 mm Foto: Mark Lenz Foto: Mark Lenz Quelle: whale-world.com 10 2 mm 10 3 mm 10 4 mm Foto: Mark Lenz Foto: Mark Lenz Browne et al Farrell & Nelson 2013 Foto: Jonas Martin Camedda et al Ryan

17 Was passiert, wenn wirbellose Tiere Mikroplastik aufnehmen? Sedimentfresser Filtrierer : Dennis Brennecke : Juliane Oetter : Mark Lenz : Dennis Brennecke 17 17

18 Was passiert, wenn wirbellose Tiere Mikroplastik aufnehmen? Blockade der Kiemen oder des Verdauungstraktes Beschädigung von Epithelien und innere Verletzungen Pseudosättigung und Reduktion der Nahrungsaufnahme Vergiftung durch Schadstoffe und Additive Translokation ins Gefäßsystem und ins Gewebe 18

19 Was passiert, wenn wirbellose Tiere Mikroplastik aufnehmen? Rückgang der Reproduktion (Sussarellu et al. 2016) Anreicherung im Verdauungs- und Gefäßsystem (Browne et al. 2008) Stimulation der Pseudofäzesproduktion (Wegner et al. 2012) Entzündungsreaktionen (Moos et al. 2012) Rückgang der Filtrationsleistung (Wegner et al. 2012) 19

20 Was passiert, wenn wirbellose Tiere Mikroplastik aufnehmen? Erhöht Mikroplastik die Bioverfügbarkeit von organischen Schadstoffen? Acenaphthen Naphthalen Anthracen Plastik Acenaphthylen Chrysen Fluoranthen Benzoanthracen Phenanthren Benzopyren Mikroplastik ist nicht nur Vektor sondern auch Quelle für Schadstoffe, denn es enthält Weichmacher, Flammschutzmittel und Antibiotika. 20 Mato 2001, Teuten et al. 2009, Browne et al. 2013, Rochman et al. 2013

21 Was wissen wir über die biologischen Effekte von Mikroplastik? Sehr viele Meeresorganismen nehmen Mikroplastik auf Mikroplastik kann Schadstoffe an Tiere weitergeben In großen Mengen kann Mikroplastik Tiere kurzfristig schädigen Mikroplastik kann über die Nahrungskette weitergegeben werden Was wissen wir nicht? Wie sich Mikroplastik in realistischen Konzentrationen langfristig auswirkt Wie Mikroplastik mit anderen Umwelteinflüssen interagiert Ob Mikroplastik ein relevanter Vektor für Schadstoffe ist Ob Mikroplastik über die Nahrungskette auch den Menschen erreicht 21

22 GAME 2013, 2014 und 2016: Schädigt Mikroplastik wirbellose Meerestiere? Finnland Wales Japan Mexiko Portugal Indonesien Chile Brasilien 22

23 Was ist GAME? GAME steht für Globaler Ansatz durch Modulare Experimente verbindet Forschung und Lehre in der Meeresökologie basiert auf einem Netzwerk von Forschungseinrichtungen gibt es seit 2002 Foto: Mark Lenz 23 Foto: Mark Lenz Foto: Mark Lenz

24 GAME will den Globalen Wandel in Meeresökosystemen vergleichend über geographische und klimatische Grenzen hinweg untersuchen. Wissenschaftler ausbilden. Wissenschaftler vernetzen. deutsche Meeresforschung internationalisieren. Fotos: GAME Wissen und Know-How vermitteln. 24

25 Das GAME-Forschungsnetzwerk 36 Partner in 27 Ländern 25

26 GAME- Standorte Chile Brazil Portugal Australia Malaysia England 26 26

27 Das GAME-Teamkonzept 27

28 GAME 2014: Schädigt Mikroplastik wirbellose Meerestiere? Wales Japan Mexiko Portugal Indonesien Chile Brasilien 28

29 Filtrierer Fotos: GAME 29

30 Experimenteller Ansatz PVC Fluoranthen Quelle: jayplastindustries µm 50µm-100µm 1.5µm-50µm 30 30

31 Experimenteller Ansatz Expositionszeit: 1 3 Monate 31 31

32 Experimenteller Ansatz 32

33 Experimenteller Ansatz Mikroplastikbelastung in Küstensedimenten 0% 0,005% UK Thompson ,1% Italien 0,02% Schweden Noren 2008 Vianello ,2% Hawaii Carson Gewichtsanteile im Sediment 33

34 Mikroplastikbelastung im GAME-Versuch mit Fluoranthen (20 ng/g) 0,03% 0,3% 1% 3% Gewichtsanteil im Sediment = 21,6 mg/l = 216 mg/l = 720 mg/l = 2160 mg/l 34 34

35 Antwortvariablen Überlebensrate Produktion von Byssusfäden Filtrationsleistung Sauerstoffverbrauch 35

36 Ergebnisse Byssusfäden 36

37 Byssusproduktion (Fäden/Tag/Muschel) Ergebnisse Byssusfäden Perna viridis (nach 44 Tagen) n=8 n=10 n=10 n=3 a ab bc bc Mittelwert + 95% KI ANOVA F P < , Mikroplastik (mg/l) 37 Rist et al Marine Pollution Bulletin

38 Byssusproduktion (Fäden/Tag/Muschel) Ergebnisse Byssusfäden Perumytilus purpuratus (nach 47 Tagen) n=15 n=15 n=15 n=15 n=15 Mittelwert + 95% KI 0 21, Mikroplastik (mg/l) ANOVA F P

39 Byssusproduktion (Fäden/Tag/Muschel) Ergebnisse Byssusfäden global (alle Muschelarten) n=36 n=37 n=35 n=21 n=29 a ab ab ab b 50% 50% Mittelwert + 95% KI nicht signifikant signifikant Mikroplastik (mg/l) ANOVA F 3.3 P <

40 Ergebnisse Es gibt messbare negative Auswirkungen von Mikroplastik auf Meerestiere. Die Effekte sind aber nicht konsistent, sondern variieren mit dem Untersuchungssystem. Mikroplastik kann ökologisch wichtige Arten schädigen. Mikroplastik kann mit anderen Umweltstressoren interagieren. 40

41 GAME 2016: Erhöht Wärmestress die Empfindlichkeit gegenüber Mikroplastik Wales Japan Portugal Indonesien Chile 41

42 Experimenteller Ansatz Mikroplastik/ Temperatur 0 mg/l 2 mg/l 20 mg/l 200 mg/l Umgebungstemperatur T U n=10 n=10 n=10 n=10 T U + 3 C n=10 n=10 n=10 n=10 T U + 6 C n=10 n=10 n=10 n=10 42

43 Ergebnisse Sauerstoffverbrauch 43

44 Sauerstoffverbrauch (mgo2/h/mg Trockengewicht) Ergebnisse Pazifische Auster Crassostrea gigas Japan 80% 20% Interaction No interaction Nach 11 Wochen Versuchsdauer Mikroplastik (mg/l) GLM (Gamma) F p Plastic <0.001 Temperature 7.27 <0.01 Plastic*Temperature 3.65 <

45 Informationen zu GAME:

46 Was kann man tun? Foto: Mark Lenz Foto: Valeria Hidalgo-Ruz Foto: Mark Lenz Reduzierung, Wiederverwendung und Recycling von Plastikprodukten Verbesserung des Müllmanagements und eine stärkere Kontrolle der Müllströme Bewusstsein schärfen, Bildung und Forschung zum Thema fördern Reduzierung des Einsatzes von Mikroplastikpartikeln Einsatz von Tuchfiltern in Kläranlagen Strände säubern / Fishing for litter 46

47 Was kann man tun? Nicht sinnvoll: Einführung biologisch-abbaubarer Plastikprodukte ( grow and throw ) Source: NOAA Foto: AP Foto: dapd 47