(Neue) Entwicklungen im Bereich Mikroplastik Gunnar Gerdts AG mikrobielle Ökologie / AWI Nordseebüro Sektion Ökologie von Schelfmeersystemen Biologische Anstalt Helgoland Alfred Wegener Institut Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung • Einleitung/Background • Mikroplastik • Neue Ergebnisse/Erkenntnisse • Biofilme auf Mikroplastik • Kläranlagen und Mikroplastik • „Unentdeckte Müllwirbel“ Einleitung Plastik… 288 MioT • Plasticos (gr.) „Bildhauer-Kunst“ • Perfekte Eigenschaften für unzählige Anwendungen 1.7 MioT PlasticsEurope, 2013 Einleitung Plastik… • Plasticos (gr.) „Bildhauer-Kunst“ • Perfekte Eigenschaften für unzählige Anwendungen • „Re-use“ „Prä-Plastik Ära“ Einleitung Plastik… • Plasticos (gr.) „Bildhauer-Kunst“ • Perfekte Eigenschaften für unzählige Anwendungen • „Single-use“ Einleitung Plastik… • Plasticos (gr.) „Bildhauer-Kunst“ • Perfekte Eigenschaften für unzählige Anwendungen • „Single-use“ PlasticsEurope, 2013 Einleitung Plastik… • Recyclingraten, Entsorgungs- und Umweltprobleme op-online Meteoprog Friendly floatees wikipedia NABU Green Fins Association /Marine Photobank Einleitung Plastik… Mikroplastik… • Persistenz: ~ 10 - 1000 Jahre???? (Galgani, Hanke et al. 2013; Hopewell, Dvorak et al. 2009) Einleitung Plastik… Mikroplastik… Primäres Mikroplastik Sekundäres Mikroplastik • Primäres Mikroplastik: Pellets, Kosmetika etc. • Sekundäres Mikroplastik: Fragmentiertes „Makro-Plastik“ • MP Größe: Keine verbindliche Standardisierung; < 5 mm (Betts 2008; Barnes, Galgani et al. 2009) • Ubiquitär: v.a. marine Habitate untersucht Einleitung Mikroplastik in der Umwelt… Vielzahl negativer Effekte in aquatischen Ökosystemen • Aufnahme als „Nahrung“ (Cole, Lindeque et al. 2013) • „leaching “ von Additiven (Debenest, Gagne et al. 2010) • Adsorption von Schadstoffen (POPs) (Koelmans et al. 2013) • Bioakkumulation in der Nahrungskette (Setäläet al. 2014) • Verbreitung fremder und invasiver Arten (Browne, Galloway et al. 2010; Maso et al., 2003, Zettler et al., 2013) • Gewebeveränderungen (Browne et al 2008; Moos et al. 2012) • Veränderung von Ökosystemfunktionen (Gregory 2009) Einleitung Mikroplastik in der Umwelt… Vielzahl negativer Effekte in aquatischen Ökosystemen • Aufnahme als „Nahrung“ (Cole, Lindeque et al. 2013) • „leaching “ von Additiven (Debenest, Gagne et al. 2010) • Adsorption von Schadstoffen (POPs) (Koelmans et al. 2013) • Bioakkumulation in der Nahrungskette (Setäläet al. 2014) • Verbreitung fremder und invasiver Arten (Browne, Galloway et al. 2010; Maso et al., 2003, Zettler et al., 2013) • Gewebeveränderungen (Browne et al 2008; Moos et al. 2012) • Veränderung von Ökosystemfunktionen (Gregory 2009) Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme Maso et al., 2003 „We suggest that the increase in plastic debris in the marine environment…could favor the probability of success in microalgae dispersal“ Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Plastisphere Zettler et al., 2013 • “Under an electron microscope, each scrap of "plastic confetti" becomes "an oasis, a reef of biological activity,..“ • “..a diverse microbial community of heterotrophs, autotrophs, predators, and symbionts, a community we refer to as the “Plastisphere”” Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Plastisphere Zettler et al., 2013 • "They (the bacteria) look like you took a hot barbecue briquette and threw it into snow" • “…almost 25% of the bacteria on one polyethylene surface were vibrios, bacteria from the same group as the cholera bacterium.” Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Plastisphere • Langzeit-Inkubation 10 verschiedener umweltrelevanter Polymere* (als Folien) im Seewasserdurchfluss auf Helgoland Plastisphere • Forschungsfahrten in die Nord- und Ostsee Mikroplastik Vorkommen Vektorfunktion von Mikroplastik (pathogene Vibrio spp.) *: HDPE, LDPE, PP, PS, PET, PA, PLA, SAN, PESTUR, PVC Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Plastisphere Zu Beginn SEM FT-IR Molekularbiologie Nach 16 Monaten Einleitung Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme….Plastisphere • "an oasis, a reef of biological activity,..“ Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Plastisphere SEM: Georg Krohne Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Plastisphere SEM: Georg Krohne Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Plastisphere Vibrio spp. SEM: Georg Krohne Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Vektor? Global: 0.3 - 1°C ↑ Regional (Helgoland Roads): 1.3 °C ↑ seit 1962 Wiltshire et al, HMR (2010) Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Vektor? “…we found that the Baltic Sea is warming at an unprecedented rate….These warming patterns have coincided with the unexpected emergence of Vibrio infections in northern Europe, many clustered around the Baltic Sea area.” Nature Climate Change (2014) Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Vektor? Ruppert et al. (2004) Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Vektor? • Forschungsfahrt He 409, September 2013 • Potentiell humanpathogene Vibrio spp. auf Mikroplastik? Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Vektor? • Forschungsfahrt He 409, September 2013 • Potentiell humanpathogene Vibrio spp. auf Mikroplastik? Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Vektor? Sichere Identifikation der Polymere via FT-IR Mirco Kuczera: Mikroplastik in marinen Umweltproben neues Analyseverfahren mittels FTIR Spektroskopie Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Vektor? Sichere Identifikation der Bakterien via MALDI-TOF René Erler: Pathogene Keime in der Nordsee - Risiken im Zeichen des Klimawandels Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Vektor? Sichere Identifikation der Polymere via FT-IR N = 103 September 2013 • Polyethylen > Polypropylen >… Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Vektor? Sichere Identifikation der Bakterien via MALDI-TOF • Potentiell humanpathogene Vibrio spp. im Wasser und auf Mikroplastik • Küsten-Nähe: Paralleles Auftreten! Nur Wasser Wasser & Mikroplastik Biofilme Mikroplastik in der Umwelt…Biofilme →Vektor? Sichere Identifikation der Bakterien via MALDI-TOF IMO-D2 Friendly floatees wikipedia Mikroplastik in der Umwelt… • Einsatz von 2 Netzen • 300 µm: Sammeln von Mikroplastik → Vibrio spp. • 100 µm: Quantifizierung von Mikroplastik via FT-IR Imaging Filtration: ~ 40 m-3 MP Abundanz: 0 - 5 Partikel m-3 Entwarnung? Hype? Mikroplastik in der Umwelt… • Quellen und Senken? • Verteilung? “Patchy”? • Müllstrudel? Mikroplastik in der Umwelt… • Quellen und Senken? • Verteilung? “Patchy”? • Müllstrudel? Kläranlagen Mikroplastik in der Umwelt…Quellen Browne et al., 2011 Fallstudie: Mikroplastik in ausgewählten Kläranlagen des OldenburgischOstfriesischen Wasserverbandes (OOWV) in Niedersachsen (Auftragsforschung OOWV & NLWKN) Kläranlagen Mikroplastik in der Umwelt…Quellen…Kläranlagen • Ausbaugröße • Einwohnergleichwert • gewerblicher Einfluss • Oldenburg mit Schlussfiltration Bewirtschaftungsgebiet des OOWVs www.oowv.de Kläranlagen Mikroplastik in der Umwelt…Quellen…Kläranlagen • Probenahme (geklärtes Abwasser) mittels Pumpe • Anreicherung auf 10 µm Edelstahl-Kerzenfiltern • Bis zu 1 m³ Probenvolumen (0.39 – 1 m³) • Schlamm- und Fettproben als Schöpfproben direkt vor Ort Kläranlagen Mikroplastik in der Umwelt…Quellen…Kläranlagen Geklärtes Abwasser (Σ alle Fraktionen inkl. Fasern): Deutsche Bucht: 0 - 5 m-3 • Erhebliche MikroplastikMengen • Keine Dominanz eines Polymers • Primäres Mikroplastik? • Abundanz Fasern > Partikel • Schlussfiltration mit deutlichem Effekt Mikroplastik in der Umwelt…Quellen…Senken ~ 5 MP m-3 ~ 104 MP m-3 / ~ 109 MP a-1 • Senken? • Verdünnungseffekt? • Marines versus “fluviales” Mikroplastik System-übergreifendes MP Budget!!! System-übergreifendes Verständnis!!! Müllwirbel Mikroplastik in der Umwelt…Quellen…Senken Der Spiegel Müllwirbel Mikroplastik in der Umwelt…Quellen…Senken “If current trends continue, in the next decade 2.04 trillion m3 of ice will melt” Obbard et al., 2014 Müllwirbel Mikroplastik in der Umwelt…arktisches Eis ~2L • Oberfläche entfernt • Sterile Bedingungen • „Chemical Imaging“ (FT-IR) Müllwirbel Mikroplastik in der Umwelt…arktisches Eis Müllwirbel Mikroplastik in der Umwelt…arktisches Eis Der Spiegel Sebille et al., 2012 Projektantrag: PLAstic COntamination in the Arctic MARine Ecosystem (PLACOMARE) AWI Strategiefond 2015 Take home Take home System-übergreifendes Verständnis!!! Problem-übergreifendes Verständnis!!! abschließend, eine Bitte…: Denken Sie an Ihr „Post-Einkauf-Tansport-Problem“! „Junges“ Mikroplastik „Junges“ Mikroplastik • Mikroplastik-AG auf Helgoland Danke für Ihre Aufmerksamkeit • Bachelor-, Master, PromotionsStudenten!!!!!!!!!!!! • PLACOMARis in Bremerhaven • Nationale und internationale Kooperationspartner • Christian Laforsch & Martin Löder, Univ. Bayreuth • Matthias Labrenz, IOW • Georg Krohne. Univ. Würzburg
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