Mikroplastik zählt heute zu den bedeutendsten Umweltbelastungen. Was mit Kunststoffpartikeln in unterschiedlichen Böden passiert, wie sie sich verändern, ob und wie sie weitertransportiert werden, ist Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Bisher wird dafür eine Bodenprobe in einer Salzlösung aufgeschwemmt, woraufhin sich die einzelnen Bestandteile nach Dichte trennen. Das Gemisch aus organischem Material und Plastikpartikeln wird anschließend zum Beispiel mit Wasserstoffperoxid behandelt, wobei sich die organischen Bestandteile zersetzen und die Mikroplastikpartikel übrigbleiben sollen. Bei diesem Verfahren lassen sich zwar Menge und Art des Mikroplastik in einer Bodenprobe ermitteln, man weiß aber nicht, wo genau sich diese Partikel im Boden angesammelt und eingelagert haben und ob sie Strukturen im Boden verändert haben.

Untersucht wurde hier eine Probe aus Beelitzer Sandboden. Sie enthält Fragmente von dünner Polyethylenfolie (PET). Solche Folien werden z. B. im Spargelanbau eingesetzt. Die Neutronentomographie (in Grautönen) zeigt, wo sich die PET-Fragmente befinden. Die Röntgentomographie der Probe (ocker) enthüllt die Bodenstruktur. Übereinander gelegt zeigt sich, wie die PET-Teilchen (in Blau) in der Bodenstruktur eingelagert sind. © C. Tötzke/HZB/Uni Potsdam

In den Neutronentomographien sind die Mikroplastik-Partikel und zum Teil auch die organischen Bestandteile zu erkennen. Die Röntgentomographie zeigt die Anordnung der Sandkörner, während die organischen und Plastik-Partikel nur als diffuse Leerstellen sichtbar sind. Übereinander gelegt ergibt sich so ein vollständiges Bild der Bodenprobe. Daraus lassen sich Größe und Form der Mikroplastikpartikel, aber auch die Veränderung der Bodenstruktur durch das eingelagerte Mikroplastik abschätzen.

„Diese Methode ist natürlich aufwendig, aber sie ermöglicht es erstmals zu untersuchen, wo sich Mikroplastik einlagert und wie sich dadurch der Boden verändert“, erläutert Tötzke. So analysierte er auch den sandigen Boden aus einem Acker bei Beelitz, einem typischen Spargelanbaugebiet in Brandenburg, in die er Stücke von Mulchfolie mischte. Auch in der Praxis gelingt es meist nicht, die Mulchfolien nach der Ernte rückstandslos vom Acker zu entfernen. Verbleibende Folienreste werden dann beim Umpflügen in tiefere Bodenschichten eingetragen „Es ist uns gelungen zu zeigen, dass Fragmente solcher Plastikfolien den Wasserfluss im Boden verändern können. Mikroplastikfasern erzeugten hingegen kleine Risse in der Bodenmatrix“, sagt Tötzke. Bislang lässt sich nicht vorhersagen, wie sich dies auf die hydraulischen Eigenschaften des Bodens auswirkt, zum Beispiel auf die Fähigkeit, Wasser zu speichern. „Da mit dem fortschreitenden Klimawandel Dürren und Starkregen wahrscheinlicher werden, ist es dringend notwendig, diese Fragen zu beantworten. Das müssen wir nun systematisch untersuchen“, sagt Tötzke.

Publikation:
Christian Tötzke et al.: Non-invasive 3D analysis of microplastic particles in sandy soil — Exploring feasible options and capabilities, Science of The Total Environment, Volume 907, 2024; https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167927

Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH