Mikroplastik kann toxische Algenblüten auslösen

Mikroplastik auf Erdölbasis kann anhaltende Algenblüten auslösen – explosionsartige Algenvermehrungen, durch die Gewässer grün und giftig werden können. Die winzigen Kunststoffpartikel dezimieren die Kleintiere, die solche Blüten normalerweise begrenzen.

Indem diese Algenfresser verschwinden, können die Partikel den Sauerstoffgehalt senken, toxische Ausbrüche begünstigen und ökologische Schäden verursachen, die bislang vor allem einem Nährstoffüberschuss zugeschrieben wurden.

Den Auslöser in Teichen finden

In einem Raster aus Freilandbecken mit Teichwasser wurde zuvor klares Wasser zunehmend algenreich, sobald Kunststoff aus Erdöl in das System gelangte.

Über drei Monate hinweg verfolgte Prof. Jonathan Shurin von der University of California San Diego (UCSD) diese Entwicklung. Er dokumentierte, dass Teiche mit fossilbasiertem Kunststoff wiederholt ihre Algenfresser-Populationen verloren und in dichte Algenblüten kippten.

Biologisch abbaubare Kunststoffe, die in baugleiche Teiche eingebracht wurden, störten das System deutlich seltener und führten nur selten zu derselben dauerhaften Dominanz der Algen.

Diese Unterschiede deuteten darauf hin, dass die Kunststoffart selbst das Risiko von Algenblüten beeinflusst. Damit stellte sich die weitergehende Frage, was sich im Nahrungsnetz veränderte, nachdem die Algenfresser zu sterben begannen.

Algenfresser brachen zuerst ein

Kleine Ruderfußkrebse, winzige Krebstiere, die Algen fressen, wurden in den Becken mit erdölbasiertem Kunststoff am stärksten geschädigt.

Ruderfußkrebse treiben im Wasser und vermehren sich gewöhnlich rasch, wenn in ihrer Umgebung ausreichend Nahrung vorhanden ist.

Nach Kontakt mit Mikroplastik – Kunststoffteilen mit einer Breite von weniger als etwa 5 Millimetern – verringerte erdölbasierter Kunststoff ihr Überleben oder ihre Fortpflanzung, sodass die Zahl der Algenfresser sank.

Weniger filtrierende Mäuler im Wasser bedeuteten geringeren Fraßdruck auf Algen; das System neigte dadurch zu dichten, lang anhaltenden Algenblüten.

Algenblüten entziehen Sauerstoff

Algenblüten machen aus gewöhnlichen Gewässern ein Problem für die öffentliche Gesundheit, wenn sich nahe der Ufer Giftstoffe ansammeln oder der Sauerstoff knapp wird.

Sterben Algen ab, werden sie von Bakterien zersetzt, die dabei dem Wasser Sauerstoff entziehen – ein Vorgang, durch den Fische nach Luft schnappen können.

Obwohl Forschende weiterhin gewaltige Mengen Kunststoff in der Umwelt beobachten, ist noch nicht vollständig geklärt, wie er Populationen von Algen, Bakterien, Seevögeln oder Fischen verändert.

Die National Oceanic and Atmospheric Administration der Vereinigten Staaten schätzt, dass schädliche Algenblüten jährlich mindestens 82 Millionen US-Dollar kosten.

Biokunststoffe verringerten die Schäden

Gegenüber fossilen Kunststoffen ließen Biokunststoffe – Kunststoffe aus erneuerbaren Rohstoffen wie Pflanzenölen – einen größeren Teil der Gemeinschaft von Algenfressern intakt.

Ein schnellerer Abbau ist relevant, weil dann weniger langlebige Partikel kleine Tiere über längere Zeit abschürfen, blockieren oder vergiften können.

Materialwissenschaftlerinnen und Materialwissenschaftler an der UC San Diego entwickelten zudem Kunststoff aus Algenölen, mit dem Ziel, Produkte zu schaffen, die Mikroben in der Natur verdauen können.

Auch biologisch abbaubarer Kunststoff veränderte die Teiche. Ein bloßer Materialwechsel kann deshalb die Verringerung von Abfällen an der Quelle nicht ersetzen.

Mikroben formten das Nahrungsnetz um

Nicht nur die Algenfresser veränderten sich: Auch das Leben auf Kunststoffoberflächen verschob sich, was beeinflusste, welche Mikroben in den Teichen dominierten.

Eine schleimige Schicht, die Plastisphäre – der mikrobielle Film, der auf Kunststoff wächst –, kann manchen Arten Nahrung bieten und andere verdrängen.

In Teichen mit erdölbasiertem Kunststoff nahmen Populationen von Goldalgen und einigen Grünalgen zu, während räuberische Ciliaten – einzellige Räuber, die andere Mikroben jagen – abnahmen.

Solche Umordnungen im Nahrungsnetz können die Nährstoffrückführung und den Sauerstoffbedarf verändern. Das könnte erklären, weshalb Probleme mit Algenblüten nach dem Verlust der Algenfresser fortbestehen.

Mikroplastik und toxische Algenblüten

Nur die höchsten Kunststoffbelastungen hielten Algenblüten Tag für Tag aufrecht, was dem Muster realer Verschmutzung entspricht, die sich in Belastungsschwerpunkten sammelt.

Im Experiment zeigten zehn verschiedene Konzentrationsstufen, dass geringe Mengen erdölbasierten Kunststoffs niemals das anhaltende Algenwachstum auslösten, das bei den höchsten Belastungen beobachtet wurde.

Wetter, Sonnenlicht und zufällige Schwankungen spielten weiterhin eine Rolle, denn die Blüten entwickelten sich nach unterschiedlichen Zeitplänen, selbst wenn die Becken ähnliche Kunststoffmengen enthielten.

Die ungleichmäßigen Zeitabläufe bedeuten, dass Feldstudien in Seen die Gefahr übersehen könnten, wenn sie nicht sowohl Kunststoffmengen als auch Algenfresser erfassen.

Mikroplastik erreicht Menschen

Kunststofffragmente bleiben nicht im Wasser; Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beginnen inzwischen, sie auch in menschlichen Geweben nachzuweisen.

Studien berichteten über Partikel im menschlichen Blut und zeichneten einen Weg nach, über den Fragmente über den Darm hinaus im Körper zirkulieren können.

Andere Forschungsteams fanden Mikroplastik in chirurgisch entfernten Lungen und nannten die Luft als einen weiteren Aufnahmeweg.

Zuletzt maßen Forschende Kunststoffe in Gehirnen verstorbener Menschen, während die allgemeinen gesundheitlichen Folgen weiterhin eine offene und umstrittene Forschungsfrage bleiben.

Entscheidungen nach der Entsorgung

Sobald Kunststoff aus der Hand gegeben wird, können Materialentscheidungen Flüsse, Feuchtgebiete und Küstengewässer noch jahrelang beeinflussen.

Maßnahmen wie die erweiterte Herstellerverantwortung – Regelungen, durch die Hersteller für Abfälle zahlen müssen – können Unternehmen zu sichereren Rezepturen bewegen.

Auch die kommunale Beschaffung ist bedeutsam, denn eine umweltfreundliche öffentliche Beschaffung – staatlicher Einkauf mit Vorrang für Materialien mit geringerer Umweltbelastung – kann beeinflussen, was bei Veranstaltungen verwendet wird.

Bessere Materialien beseitigen Verschmutzung nicht, können aber die Wahrscheinlichkeit verringern, dass eine achtlos weggeworfene Flasche eine Algenblüte auslöst.

Toxische Algenblüten bekämpfen

Kläranlagen liegen zwischen städtischen Abflüssen und Flüssen und bieten damit eine der letzten Möglichkeiten, Mikroplastik abzufangen.

Eine wissenschaftliche Übersichtsarbeit berichtete, dass die Behandlungsschritte viele Partikel entfernen, einige jedoch weiterhin mit dem eingeleiteten Wasser entweichen.

Aufgefangene Partikel gelangen häufig in Klärschlamm; die Problematik endet also nicht am Tor der Anlage.

Leistungsfähigere Filter helfen, doch die Ergebnisse aus den Teichen legen nahe, dass Prävention, Neugestaltung und Reinigung gleichzeitig greifen müssen.

Die Teiche zeigten, dass Kunststoff Algenblüten auslösen kann, indem er Algenfresser entfernt und Mikroben umstrukturiert – nicht allein, indem er Nährstoffe hinzufügt.

Für alle, die Verpackungsvorschriften formulieren oder Materialien beschaffen, legt die Studie nahe, Materialentscheidungen nach ihren Auswirkungen auf Ökosysteme nach der Entsorgung zu bewerten.