Hundertausende Plastikteilchen in Wasserflaschen

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In den letzten Jahren hat die Besorgnis darüber zugenommen, dass winzige Partikel, so genanntes Mikroplastik, praktisch überall auf der Erde auftauchen, vom Polareis über den Boden bis hin zu Trinkwasser und Lebensmitteln. Diese Partikel, die entstehen, wenn Kunststoffe in immer kleinere Teile zerfallen, werden von Menschen und anderen Lebewesen aufgenommen, mit unbekannten möglichen Auswirkungen auf die Gesundheit und das Ökosystem. Ein Schwerpunkt der Forschung: Wasser in Flaschen, das nachweislich Zehntausende von identifizierbaren Fragmenten in jedem Behälter enthält.

Mit Hilfe einer neuen, verfeinerten Technologie sind die Forscher nun in eine ganz neue Welt der Kunststoffe vorgedrungen: in das kaum bekannte Reich der Nanokunststoffe, die aus noch weiter zersetztem Mikroplastik hervorgegangen sind. Zum ersten Mal haben sie diese winzigen Partikel in abgefülltem Wasser gezählt und identifiziert. Sie fanden heraus, dass ein Liter im Durchschnitt etwa 240.000 nachweisbare Plastikfragmente enthielt – 10 bis 100 Mal mehr als frühere Schätzungen, die hauptsächlich auf größeren Größen beruhten.

Die Studie von Forschern des Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University, der Columbia University und der Columbia Mailman School of Public Health wurde soeben in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

Durch Darm und Lunge in den Blutkreislauf

Nanokunststoffe sind so winzig, dass sie im Gegensatz zu Mikroplastik durch den Darm und die Lunge direkt in den Blutkreislauf gelangen und von dort aus zu Organen wie Herz und Gehirn wandern können. Sie können in einzelne Zellen eindringen und über die Plazenta in den Körper des ungeborenen Kindes gelangen. Medizinische Wissenschaftler sind dabei, die möglichen Auswirkungen auf eine Vielzahl biologischer Systeme zu untersuchen.

„Bisher war dies ein dunkles, unerforschtes Gebiet. Bei Toxizitätsstudien konnte man nur raten, was da drin ist. Dies öffnet ein Fenster, durch das wir einen Blick in eine Welt werfen können, die uns vorher nicht zugänglich war.“

,Beizhan Yan, ein Umweltchemiker am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University und Mitautor der Studie

400 Mio. Tonnen Kunststoff pro Jahr

Die weltweite Kunststoffproduktion nähert sich 400 Millionen Tonnen pro Jahr (Link ist extern und öffnet in einem neuen Fenster). Mehr als 30 Millionen Tonnen werden jährlich ins Wasser oder auf den Boden gekippt, und viele Kunststoffprodukte wie z. B. Kleidung scheiden noch während des Gebrauchs Partikel aus. Im Gegensatz zu natürlichen organischen Stoffen zerfallen die meisten Kunststoffe nicht in relativ harmlose Substanzen, sondern teilen sich einfach in immer kleinere Partikel mit derselben chemischen Zusammensetzung. Über einzelne Moleküle hinaus gibt es keine theoretische Grenze, wie klein sie werden können.

1 µm bis 5 mm Fragmente

Mikroplastik ist definiert als Fragmente von 5 Millimetern (weniger als ein Viertel Zoll) bis hinunter zu 1 Mikrometer, was 1 Millionstel Meter oder 1/25.000stel Zoll entspricht. (Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 70 Mikrometern.) Nanokunststoffe, d. h. Partikel unter 1 Mikrometer, werden in Milliardstel Metern gemessen.

Kunststoffe in abgefülltem Wasser wurden zu einem öffentlichen Thema, nachdem in einer Studie aus dem Jahr 2018 durchschnittlich 325 Partikel pro Liter nachgewiesen wurden; in späteren Studien wurde diese Zahl um ein Vielfaches erhöht. Wissenschaftler vermuteten, dass es noch mehr waren, als sie gezählt hatten, aber gute Schätzungen hörten bei Größen unter 1 Mikrometer auf – der Grenze zur Nanowelt.

„Die Menschen haben Methoden entwickelt, um Nanopartikel zu sehen, aber sie wussten nicht, was sie betrachteten. Sie wies darauf hin, dass frühere Studien zwar Schätzungen über die Masse von Nanopartikeln liefern konnten, aber meist nicht in der Lage waren, einzelne Partikel zu zählen oder festzustellen, ob es sich um Kunststoffe oder etwas anderes handelt.

Naixin Qian, eine Columbia-Diplomstudentin der Chemie und Hauptautorin der Studie

Stimulierte Raman-Streuungsmikroskopie

Die neue Studie verwendet eine Technik namens stimulierte Raman-Streuungsmikroskopie, die von Wei Min, einem Biophysiker der Columbia University, miterfunden wurde. Dabei werden die Proben mit zwei Lasern gleichzeitig untersucht, die so eingestellt sind, dass sie bestimmte Moleküle zum Schwingen bringen. Die Forscher untersuchten sieben gängige Kunststoffe und entwickelten einen datengesteuerten Algorithmus, um die Ergebnisse zu interpretieren. „Es ist eine Sache, etwas zu erkennen, aber eine andere, zu wissen, was man erkennt“, so Min.

Bis zu 370.000 Partikel in jedem Liter

Die Forscher testeten drei gängige, in den Vereinigten Staaten verkaufte Wassermarken (sie lehnten es ab, die Namen zu nennen) und analysierten Kunststoffpartikel bis zu einer Größe von nur 100 Nanometern. Sie entdeckten 110.000 bis 370.000 Partikel in jedem Liter, von denen 90 % Nanoplastik waren; der Rest war Mikroplastik. Sie bestimmten auch, um welchen der sieben spezifischen Kunststoffe es sich handelte, und zeichneten ihre Formen auf – Eigenschaften, die für die biomedizinische Forschung wertvoll sein könnten.

Ein häufiger Kunststoff war Polyethylenterephthalat oder PET. Das war nicht überraschend, da viele Wasserflaschen aus diesem Material hergestellt werden. (Es wird auch für abgefüllte Limonaden, Sportgetränke und Gewürze wie Ketchup und Mayonnaise verwendet.) Wahrscheinlich gelangen die Partikel ins Wasser, weil sie sich beim Zusammendrücken der Flasche oder durch Hitzeeinwirkung ablösen. Eine neuere Studie deutet darauf hin, dass viele Partikel ins Wasser gelangen, wenn man den Verschluss wiederholt öffnet oder schließt, und winzige Teile abreiben.

PET wurde jedoch von Polyamid, einer Art Nylon, übertroffen. Ironischerweise, so Beizhan Yan, stammt dieses wahrscheinlich aus Plastikfiltern, die angeblich das Wasser reinigen, bevor es in Flaschen abgefüllt wird. Weitere häufig vorkommende Kunststoffe, die die Forscher fanden, sind Polystyrol, Polyvinylchlorid und Polymethylmethacrylat, die alle in verschiedenen industriellen Prozessen verwendet werden.

Nur 7 Kunststoffarten bestimmbar

Ein etwas beunruhigender Gedanke: Die sieben Kunststoffarten, nach denen die Forscher suchten, machten nur etwa 10 % aller Nanopartikel aus, die sie in den Proben fanden; sie haben keine Ahnung, was der Rest ist. Wenn es sich bei allen um Nanokunststoffe handelt, könnte ihre Zahl in die zweistellige Millionenhöhe pro Liter gehen. Sie könnten aber auch alles Mögliche sein, was auf die komplizierte Partikelzusammensetzung in der scheinbar einfachen Wasserprobe hinweist“, schreiben die Autoren. „Das häufige Vorhandensein natürlicher organischer Stoffe erfordert sicherlich eine sorgfältige Unterscheidung“.

Die Forscher gehen bereits über abgefülltes Wasser hinaus. „Es gibt eine riesige Welt von Nanokunststoffen, die es zu untersuchen gilt“, so Min. Er wies darauf hin, dass Nanokunststoffe gemessen an ihrer Masse weit weniger als Mikroplastik ausmachen, aber „es kommt nicht auf die Größe an. Es geht um die Zahlen, denn je kleiner die Dinge sind, desto leichter können sie in uns eindringen“.

Auch Mikroplastik in Leitungswasser

Das Team plant unter anderem, Leitungswasser zu untersuchen, das nachweislich ebenfalls Mikroplastik enthält, wenn auch in weitaus geringerem Maße als Flaschenwasser (Link ist extern und öffnet in einem neuen Fenster). Die Forscher untersuchen nun Mikroplastik und Nanoplastik, das beim Wäschewaschen entsteht und im Abwasser landet – bisher in Millionen Mengen pro 10-Pfund-Ladung, die von synthetischen Materialien stammen, aus denen viele Kleidungsstücke bestehen. Das Team wird Partikel im Schnee identifizieren, die britische Mitarbeiter bei einer Wanderung durch die westliche Antarktis (Link ist extern und öffnet in einem neuen Fenster) sammeln. Außerdem arbeiten sie mit Umweltexperten zusammen, um Nanokunststoffe in verschiedenen menschlichen Geweben zu messen und ihre Auswirkungen auf die Entwicklung und Neurologie zu untersuchen.

Tieferes Verständnis für die Auswirkungen von Plastik auf die Umwelt

„Die Ergebnisse der Studie eröffnen eine neue Perspektive, die ein tieferes Verständnis der Auswirkungen von Plastik auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit ermöglicht“, sagte Qixuan Chen, PhD, außerordentlicher Professor für Biostatistik, der sich auf die Analyse komplexer Umfragedaten an der Columbia Mailman School of Public Health konzentriert und einer der Mitautoren ist.

An der Studie waren Xin Gao und Xiaoqi Lang von der Chemieabteilung der Columbia University, Huipeng Deng und Teodora Maria Bratu von Lamont-Doherty, Qixuan Chen von der Columbia Mailman School of PublicHealth und Phoebe Stapleton von der Rutgers University beteiligt.

Quelle: Columbia University, USA | Foto: Pixabay/fotoblend
(https://www.publichealth.columbia.edu/news/bottled-water-can-contain-hundreds-thousands-nanoplastics)