Lose Fasern aus Funktionskleidung, weggeworfene PET-Flaschen oder zurückgelassene Verpackungen: Gelangen solche Kunststoffmaterialien in die Umwelt, bleiben sie dort oft lange erhalten. UV-Strahlung, Niederschläge und Ozon machen sie spröde – und mit der Zeit zerfallen sie durch mechanische Kräfte in immer kleinere Teilchen. Vom Wind aufgewirbelt werden sie über die Atmosphäre weitertransportiert. Wie viel Mikroplastik auf diesem Weg in der Schweiz wieder auf Böden und Gewässer gelangt, war bisher unklar.
Forschende der Empa haben dies zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Eawag und von Agroscope nun erstmals systematisch erfasst. Hochgerechnet auf Gebiete unterhalb von 2000 Metern Höhe lagern sich in der Schweiz laut der vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) unterstützten Studie jedes Jahr rund 219 Tonnen Mikroplastik ab. Besonders relevant sind dabei «sensible» Flächen: Die Forschenden schätzen, dass jährlich etwa 78 Tonnen auf landwirtschaftliche Flächen und rund 10 Tonnen direkt auf Gewässer niedergehen.

Mikroplastik ist auch auf dem Land zu finden
Gemessen wurde während eines ganzen Jahres an fünf Standorten: in Zürich, Dübendorf, Magadino, Payerne und auf dem Chaumont im Jura. Jeden Monat sammelten die Forschenden Proben der nassen und trockenen Deposition – also Partikel, die in der Luft von Regen und Schnee eingefangen und ausgewaschen werden, und solche, die sich aufgrund der Schwerkraft absetzen. Analysiert wurden Mikroplastikpartikel mit einem Durchmesser zwischen 20 und 215 Mikrometern. Am urbanen Standort Zürich fanden die Forschenden im Mittel einen Eintrag von 881 Partikel pro Quadratmeter und Tag. An den übrigen Standorten lagen die Werte mit 249 bis 331 Partikeln deutlich tiefer und relativ nahe beieinander.
Dass Zürich mehr als doppelt so stark belastet ist, überrascht wenig. Dichte Besiedlung, Verkehr und Kunststoffprodukte im Aussenraum tragen dazu bei. Unerwarteter war für das Team rund um Empa-Forscher Christoph Hüglin jedoch, wie ähnlich die Werte ausserhalb der Stadt ausfielen. «Je näher die Distanz zu dicht besiedelten Gebieten, desto höhere Mengen hätten wir erwartet. Aber einen solchen Unterschied sehen wir so nicht.» Die Werte aus Dübendorf, Magadino, Payerne und Chaumont sind vergleichbar. Das deutet darauf hin, dass Mikroplastik in der Atmosphäre nicht nur ein städtisches Phänomen ist, sondern auch weniger dicht besiedelte Regionen erreicht.

Konkrete Zahlen für ein schwer erfassbares Umweltproblem
Bisherige Studien haben bereits gezeigt, dass Kunststoffpartikel über die Atmosphäre transportiert werden. Viele Resultate sind laut Hüglin jedoch schwer vergleichbar, weil sie unterschiedliche Methoden und Grössenbereiche verwenden. «Wir wollten Zahlen für die Schweiz erheben und eine Analytik anwenden, die möglichst verlässliche Ergebnisse liefert». Dafür nutzte das Team das gemeinsame Partikellabor von Eawag, Empa und Agroscope. Dort wurden die eingesammelten Proben aufbereitet, auf einen Filter gebracht und anschliessend mit bildgebender Infrarotmikrospektroskopie analysiert. Statt nur einzelne verdächtige Partikel zu untersuchen, entwickelten die Forschenden ein Verfahren, um zufällig ausgewählte Filterflächen automatisiert Punkt für Punkt abzuscannen. So liess sich bestimmen, welche Partikel tatsächlich aus Kunststoff bestehen und um welche Kunststoffart es sich handelt.
Am häufigsten fanden die Forschenden Polyethylenterephthalat (PET: 31 Prozent), Polyethylen (PE: 26 Prozent) und Polypropylen (PP: 21 Prozent). Diese Kunststoffpartikel haben verschiedene Quellen: Polyethylen und Polypropylen zählen zu den meistverwendeten Kunststoffen und kommen etwa in Verpackungen, Folien, Behältern und Alltagsprodukten vor. Besonders auffällig ist der hohe Anteil von PET. Der Kunststoff ist aus Getränkeflaschen bekannt, steckt aber auch in Polyesterfasern von Textilien. Deshalb könnten laut den Forschenden auch Textilfasern massgeblich zur Mikroplastikbelastung in der Atmosphäre beitragen. Aus welchen konkreten Produkten die einzelnen Partikel stammen, lässt sich mit der Studie jedoch nicht bestimmen. Klar abzugrenzen sind zudem Emissionen aus dem Verkehr: Reifenabrieb zählt zwar grundsätzlich ebenfalls zu Mikroplastik, wurde aber aus analytischen Gründen in einer separaten, noch laufenden Studie erfasst.

Nass oder trocken zurück zur Erdoberfläche
Mikroplastik gelangt auf zwei Wegen aus der Atmosphäre zurück zur Erdoberfläche: Die Partikel werden mit Regen oder Schnee ausgewaschen, oder sie setzen sich bei trockenem Wetter ab. «Niederschlag ist ein sehr effizienter Prozess, um die Atmosphäre zu reinigen», erklärt Hüglin. In der Schweiz macht die trockene Deposition jedoch mit rund 60 Prozent der Masse den grösseren Anteil aus. Beide Eintragswege tragen dazu bei, dass Partikel direkt auf Böden, Pflanzen oder Wasserflächen gelangen. Für Schweizer Gewässer schätzen die Forschenden den direkten atmosphärischen Eintrag auf rund 10 Tonnen pro Jahr. Zum Vergleich: Eine parallel durchgeführte Eawag-Studie zu Mikroplastik aus Schweizer Kläranlagen beziffert den Eintrag über gereinigtes Abwasser auf nur rund fünf Tonnen jährlich.
Gemessen an der Gesamtmasse aller Luftpartikel – darunter Wüstenstaub, Russ- und Verbrennungsrückstände oder biologische Partikel – macht Mikroplastik indes nur einen sehr kleinen Anteil aus: zwischen 0,02 und 0,12 Prozent. Über grosse Flächen führt die ständige Ablagerung dennoch zu beträchtlichen Mengen, die nicht oder nur sehr langsam abgebaut werden. Über die Folgen von Mikroplastik für Umwelt und Gesundheit ist vieles noch offen. Klar ist aber, dass Kunststoffe weit verbreitet sind und sich feinste Plastikpartikel in der Luft, auf dem Land oder im Wasser nicht einfach auflösen. «Kunststoff ist für viele Anwendungen ein sehr gutes Material», sagt Hüglin. «Aber gemäss dem Vorsorgeprinzip sollten wir Littering vermeiden, Kunststoffe gezielt nur dort wo nötig einsetzen und Stoffkreisläufe möglichst schliessen.»