Kamilo Beach liegt weit abgelegen an der Spitze der Big Island von Hawaii und ist über die Straße gar nicht zu erreichen. Mit seinem weißen Sand und der tosenden Brandung findet sich hier eigentlich alles, was man von einem idyllischen Strand in den Tropen erwartet – wäre da nicht ein kaum zu übersehendes Problem: Massenweise herumliegender Plastikmüll trübt das Bild. Flaschen, Fischernetze, Taue, Schuhe und sogar Zahnbürsten finden sich in dem Abfall, der sich hier auf Grund einer besonderen Kombination von Ozeanströmungen und lokalen Wirbeln ansammelt. Wie Untersuchungen im Jahr 2011 zeigten, besteht die oberste Sandschicht teils bis zu 30 Prozent ihres Gewichts aus Plastik. Kamilo Beach wurde bereits als schmutzigster Strand weltweit bezeichnet und bietet ein sehr deutliches und erschreckendes Bild davon, wie viel Plastikmüll die Menschheit schon in den Weltmeeren versenkt hat.

Von der Arktis zur Antarktis, von der Oberfläche bis zu den Meeressedimenten – wo auch immer die Wissenschaftler schauten, fanden sie Plastik. Andere vom Menschen hinterlassene Reste verrotten oder rosten dahin – Plastik dagegen überdauert Jahre, lässt Tiere verenden, verschmutzt die Umwelt und zerstört ganze Küstenlinien. Laut so mancher Schätzung bestehen 50 bis 80 Prozent des Mülls in den Ozeanen aus Plastik. "Es gibt schon auch Orte auf der Erde, an denen man kein Plastik findet", weiß die Ozeanografin Kara Lavender Law von der Sea Education Association in Woods Hole im US-Bundesstaat Massachusetts. "Im Meer aber, wo auch immer wir geschaut haben, stießen wir auf Plastik. Das ist da einfach überall."

Die Zeitungen sind voll mit Artikeln über den großen Müllstrudel im Zentralpazifik, den Great Pacific Garbage Patch, in dem Unmengen Plastikpartikel herumtreiben, und überall helfen Freiwillige bei der Reinigung der Strände. Allerdings kommt die Forschung in vielerlei Hinsicht langsamer in die Gänge als die besorgte Öffentlichkeit. Noch immer versuchen Wissenschaftler zunächst die grundlegendsten Fragen zu beantworten: Wie viel Plastik schwimmt wirklich im Ozean? Wo ist es, in welcher Form kommt es vor, und welche Folgen hat es überhaupt? Meeresforschung ist jedoch schwierig, teuer und zeitaufwändig: Die riesigen Ozeane lassen sich nicht so einfach flächendeckend nach den oftmals mikroskopisch kleinen Plastikteilchen absuchen, und nur wenige Forscher haben sich dies überhaupt zum Ziel gesetzt.

Aber das Interesse steigt. "In den vergangenen vier Jahren wurden mehr Publikationen dazu veröffentlicht als in den letzten 40 Jahren zusammen", sagt Marcus Eriksen, der Forschungsdirektor und Mitbegründer des 5 Gyres Institute in Santa Monica im Bundesstaat Kalifornien. Die Organisation möchte die Plastikverschmutzung der Meere bekämpfen, auch wenn die Wissenschaftler und Umweltaktivisten sehr gut wissen, dass dies keine leichte Aufgabe ist. Im Mai 2016 veröffentlichte das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) ein Statement, wonach "der Plastik- und Mikroplastikmüll im Meer immer mehr zum Problem wird und schnellstmöglich eine globale Antwort nötig ist".

Woher kommt all das Plastik?

Im Jahr 2014 zog ein Team im Naturschutzgebiet Papahānaumokuākea vor der Nordwestküste Hawaiis ein Fischernetz mit 11,5 Tonnen Gewicht aus dem Wasser – etwa so schwer wie ein Bus im Stadtverkehr. Ein Großteil des Plastikmülls im Meer soll von Netzen und anderen Fischereigeräten stammen, die auf dem Meer verloren gingen oder dort entsorgt wurden. Nach Schätzungen des UNEP sollen diese Geisternetze bis zu zehn Prozent des Mülls im Meer ausmachen – etwa 640 000 Tonnen [1].

Ein Ozean voll Plastik
© Nature; dt. Bearbeitung: Spektrum der Wissenschaft; Cressey, D.: The Plastic Ocean. In: Nature 536, S. 263-265, 2016
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Laut einer Studie sollen mehr als fünf Billionen Plastikteile mit einem Gesamtgewicht von mehr als 250 000 Tonnen auf der Oberfläche der Weltmeere schwimmen. Der Plastikmüll besteht hauptsächlich aus kleinen Teilchen und Partikeln, auch wenn große Stücke am meisten zum Gewicht beitragen. Die Meeresströmungen führen dazu, dass sich Plastik speziell im Nordpazifik und Nordatlantik als "Müllstrudel" sammelt.

Und es gibt noch viel mehr. Die weltweite Produktion von Plastik steigt jedes Jahr. Sie beläuft sich schon auf etwa 300 Millionen Tonnen, und vieles davon landet irgendwann im Ozean. Plastikmüll wird am Strand zurückgelassen, Plastiktüten wehen ins Meer. Die riesigen Mengen aus Mülldeponien können leicht weggespült oder weggeweht werden, wenn die Lager nicht gut geschützt sind. Andere Quellen sind weniger offensichtlich: Wenn Reifen abgenutzt werden, verbleiben kleine Fragmente auf der Straße, die in die Kanalisation und letztlich in die Ozeane gelangen.

Bei seinen Expeditionen in den verschiedensten Weltmeeren hat das Team um Eriksen schon alles Mögliche im Meer gefunden und für eine Veröffentlichung im Jahr 2014 ausgewertet. Demnach haben, gemessen am Gewicht, mehr als 87 Prozent des im Meer schwebenden Plastiks eine Größe von über 4,75 Millimetern, darunter auch Bojen, Seile, Netze, Eimer, Flaschen und Tüten. Gemessen an der Stückzahl machten die großen Plastikteile aber nur sieben Prozent aus. Viele Plastikdinge, die ständig dem Sonnenlicht und den Wellen ausgesetzt sind, zerbröseln nach und nach zu mikroskopisch kleinen Partikeln; andere sind von Haus aus schon winzig klein, wie zum Beispiel so genannte Microbeads, kleine Kügelchen, die Reinigungscremes und anderen Kosmetikprodukten zugesetzt werden und schließlich in der Kanalisation verschwinden.

Richard Thompson von der Plymouth University im Vereinigten Königreich forscht über Plastikmüll im Ozean. Seit er im Jahr 2004 den Begriff Mikroplastik aufbrachte, wächst die Sorge darüber. Der Begriff selbst wird heute meist nur noch für Teilchen mit einem Durchmesser kleiner als fünf Millimeter verwendet. Thompsons Forschungsgruppe fand dieses Mikroplastik nicht nur in fast allen ihren Proben von 18 Stränden in Großbritannien, sondern auch in Planktonproben aus der Nordsee, die schon in den 1960er Jahren gesammelt wurden. Seitdem ist die Anzahl der Veröffentlichungen mit dem Stichwort Mikroplastik in die Höhe geschnellt, und immer mehr Wissenschaftler versuchen viele Fragen zu klären, beispielsweise wie toxisch das Material überhaupt ist oder wie stark es auf der ganzen Welt verteilt ist.

Wie viel gibt es überhaupt?

Den Ozean an der Oberfläche nach Plastik abzusuchen, ist teuer und schwierig – noch aufwändiger ist es aber, weiter unten im Meer zu forschen. Deshalb gibt es auch aus vielen, noch niemals untersuchten Tiefseegebieten gar keine Proben. Und selbst wenn man all diese Regionen analysieren könnte, bräuchte man von dort enorme Mengen an Wasser, um bei der geringen Konzentration des Plastiks überhaupt verlässliche Ergebnisse zu erhalten. Deshalb müssen viele Forscher mit Schätzungen und Hochrechnungen arbeiten.

Das Team von Jenna Jambeck forscht in Athens an der University of Georgia im Bereich Abfallmanagement und berechnete 2015, wie viel Müll die Küstenländer und Regionen produzieren und wie viel davon Plastik ist, das letztlich im Meer landet. Die Gruppe kam auf eine jährliche Menge von 4,8 bis 12,7 Millionen Tonnen – was grob gesprochen 500 Milliarden Plastikflaschen entspricht. Dabei fehlt in ihren Schätzungen sogar noch all das Plastik, das irgendwo verloren geht oder im Meer versinkt, sowie all das schon dort liegende Plastik.

Um auch dieses irgendwie abschätzen zu können, haben sich ein paar Forscher mit feinen Netzen auf die Jagd gemacht. Ebenfalls 2015 veröffentlichte der Ozeanograf Erik van Sebille vom Imperial College London mit seinen Kollegen eine der größten Datensammlungen hierzu. Die Forscher fassten alle Informationen von 11 854 einzelnen Touren auf fast allen Meeren außer dem Arktischen Ozean zusammen und machten damit eine Art globale Inventur der kleinen, auf der Meeresoberfläche schwebenden Plastikteilchen.

Laut ihren Schätzungen trieben im Jahr 2014 zwischen 15 und 51 Billionen Mikroplastikteilchen in den Ozeanen herum, mit einem Gesamtgewicht von 93 000 bis 236 000 Tonnen. Diese Zahlen stellen die Wissenschaftler aber vor ein Problem. Denn das an der Oberfläche schwebende Plastik ist eigentlich nur ein kleiner Teil dessen, was Jambeck zufolge jährlich im Meer landet. Aber wo ist dann der Rest? "Das ist die große Frage", sagt Jambeck. "Die Antwort ist schwierig."

Und genau diese versuchen die Wissenschaftler nun zu finden. Jambeck arbeitet inzwischen mit der Smartphone-App "Marine Debris Tracker", bei der die Nutzer Informationen über Müll melden und so durch Crowdsourcing riesige Mengen Daten gesammelt werden. Außerdem beteiligt sich Jambeck an einem Projekt des UNEP, bei dem eine weltweite Datenbank zum Müll im Meer aufgebaut werden soll.

Wo ist der Rest?

Wer die Daten betrachtet, findet allerdings eine Diskrepanz zwischen der Menge an Plastik, die laut Berechnungen ins Meer gelangt, und dem tatsächlich dort gefundenen Material – man spricht inzwischen schon vom "verschwundenen Plastik". Noch rätselhafter wird das Ganze dadurch, dass in manchen Regionen über die letzten Jahre hinweg gar kein Anstieg der Plastikkonzentration im Meer festzustellen ist, obwohl doch weltweit die Produktion in die Höhe schnellte.

Plastikfischern ins Netz gegangen
© Nature; dt. Bearbeitung: Spektrum der Wissenschaft; Cressey, D., Nature 536, 10.1038/536263a, 2016
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Fischereizubehör macht insgesamt den größten Anteil von Makroplastik in den Meeren aus. Dies ergaben Untersuchungen des Pazifiks, des Südatlantiks, des Indischen Ozeans und des Mittelmeers. Makroplastik umfasst alle Plastikobjekte, die größer als 200 Millimeter sind. Allein Bojen tragen zu 50 Prozent des Gesamtgewichts solcher Gegenstände in den Meeren bei.

Die Öffentlichkeit hat sich bisher eher um den Müllstrudel im Pazifik gesorgt, bei dem ein riesiger Wasserwirbel Plastikteilchen mit sich trägt. Der Name ist eigentlich irreführend, man findet dort keineswegs Unmengen Abfall. Für eine Studie aus dem Jahr 2001 wurde berechnet, dass sich inmitten des Wirbelstroms 334 271 Plastikteile pro Quadratkilometer sammeln. Das ist zwar die größte im Pazifik gemessene Menge, bedeutet aber letzten Endes auch nur ein Teilchen pro drei Quadratmeter.

Modellrechnungen des Teams um van Sebille lassen vermuten, dass die Konzentration im pazifischen Müllstrudel, wie auch in einem vergleichbaren Gebiet im Nordatlantik, eigentlich noch um etliche Größenordnungen höher sein könnten als in anderen Gebieten. Allerdings ist natürlich nur das messbare Plastik in die Berechnungen mit einbezogen, denn das fehlende Material fehlt eben naturgemäß – und steckt wo auch immer.

Ein Teil davon liegt wahrscheinlich auf dem Meeresboden. So mancher Plastikmüll wird, auch wenn er anfangs auf der Oberfläche schwebt, von Meeresorganismen besiedelt und nach und nach in die Tiefe gezogen. Thompson hat bei seinen Arbeiten auch Mikroplastik in den Tiefseesedimenten gefunden; dort könnte natürlich ein Teil der vermissten Millionen Tonnen liegen – doch diese Gebiete sind sehr wenig untersucht, also ist dies unklar. Fakt ist: Ferngesteuerte Geräte treffen unten immer wieder auf größere Plastikstücke zwischen all dem in die Tiefseegräben gesunkenen Müll.

Ein Großteil des Plastiks im Ozean wird einfach an den Küsten angeschwemmt; laufend werden neue Haufen entdeckt. 2014 zeigten Forscher, darunter Thompson, dass sich im Arktischen Meer Mikroplastik in Konzentrationen angesammelt hatte, die mehrere Größenordnungen über denen der stark verschmutzten Oberflächenwasser liegen. "Es gibt jede Menge Ideen, wo das vermisste Plastik sein könnte", sagt Law. "Wir wissen es einfach noch nicht."

Jetzt sucht Thompson nicht mehr nur Mikroplastik, sondern auch Nanoplastik – winzigste Partikel mit einer Größe unter 100 Nanometern. "Nanopartikel aus Plastik werden bereits hergestellt", erklärt der Forscher. "Da liegt es nahe, dass einige in die Umwelt geraten oder beim Zerfall der größeren Teile entstehen." Nanoplastik lässt sich aber nur sehr schwer untersuchen. Meist wird mit einer Art Spektroskopie nachgewiesen, ob die im Meer gefundenen Teile und Partikel aus Plastik bestehen; bei Partikeln kleiner als zehn Mikrometer lässt sich diese Methode jedoch nicht anwenden, erklärt Thompson. Nun beteiligt er sich an einem von der Regierung des Vereinigten Königreichs finanzierten Projekt namens RealRiskNano und will herausfinden, aus welchen Quellen und über welche Wege diese allerkleinsten Fragmente in die Umwelt gelangen. "Es würde mich nicht wundern, wenn sie überall zu finden wären. Ihre Größe liegt aber unter der derzeitigen Detektionsgrenze für Partikel aus Umweltproben."

Welchen Schaden richten sie an?

Wie Forscher schon zeigen konnten, schadet das Plastik im Meer den Tieren. Herumschwirrendes Angelgerät, so genannte Geisterangeln, hat bereits Hunderte von Tierarten gefangen und getötet, von Schildkröten über Seehunde bis hin zu Vögeln. Viele Lebewesen verschlucken auch einfach Plastikteile, die sich dann in ihrem Verdauungssystem ansammeln. Laut einer häufig zitierten Abbildung finden sich Plastikteile im Bauch von 90 Prozent aller Eissturmvögel, die tot an der Nordseeküste an Land gespült werden. Ob die Verschmutzung mit Plastik tatsächlich einen größeren Einfluss auf die Population dieser Seevögel hat, ist aber nicht klar.

Die Toxizität von Mikroplastik hat man im Labor bereits nachgewiesen; allerdings werden die Substanzen dort oft in höheren Konzentrationen eingesetzt, als sie in den Ozeanen tatsächlich vorkommen. Arnaud Huvet vom Ifremer, dem Französischen Forschungsinstitut für die Nutzung der Meere in Plouzané in der Bretagne, forscht an Invertebraten. In einer im Februar 2016 veröffentlichten Arbeit präsentierte er Ergebnisse von Experimenten mit Pazifischen Austern; diese hatte er mit Plastik gefüttert, und zwar in einer Konzentration, die der Menge in den Sedimenten ihres eigentlichen Lebensraums entspricht. Die Tiere aus dem mit Plastik angereicherten Wasser bildeten Eier und Spermien von minderer Qualität, und es entwickelten sich letztlich 41 Prozent weniger Larven als bei der Vergleichsgruppe, die in normalem Wasser gehaltenen wurde. Dies war eine der ersten Studien, in der ein direkter Zusammenhang zwischen Plastik und Fertilität gezeigt wurde. "Das hat eingeschlagen", meint van Sebille.

Ähnliches fand eine im Juni 2016 veröffentlichte Studie der Fischökologen Oona Lönnstedt und Peter Eklöv, die Barschlarven dem Mikroplastik in einer tatsächlich in der Umwelt relevanten Konzentration aussetzten. Die Larven nahmen das Plastik auf und schienen es sogar ihrer normalen Nahrung vorzuziehen. Sie wuchsen dann aber langsamer und konnten auf die Duftstoffe der Raubfische nicht mehr reagieren. Nach gerade einmal 24 Stunden in einem Becken zusammen mit einem Raubfisch hatten nur 34 Prozent der mit Plastik gefütterten Larven überlebt. Dagegen waren es bei den in sauberem Wasser gezogenen Larven immerhin 46 Prozent.

Lönnstedt von der schwedischen Universität Uppsala war aber auch von Fotoaufnahmen irritiert, die kleine Plastikkügelchen ganz deutlich im Bauch der transparenten Larven erkennen ließen. "Das ist Wahnsinn und ist ein dringender Appell", sagt sie. "Jeder, der behauptet, Plastik im Meer sei kein Problem, muss unbedingt die Daten anschauen."

Einige Wissenschaftler zweifeln aber an der Bedeutung dieser Arbeiten. Alastair Grant arbeitet als Ökologe an der University of East Anglia in Norwich im Vereinigten Königreich. Laut ihm liegen die Plastiklevel, die bei den Versuchen Lönnstedts zu Effekten geführt hatten – 10 bis 18 Partikel pro Liter – weit über den real gefundenen Mengen. Diese lägen meist bei einem Partikel pro Liter, meint er. "Für mich bedeuten die Daten, dass sich derzeit in den meisten Gebieten die Menge an Mikroplastik wahrscheinlich innerhalb von Grenzen bewegt, die für die Umwelt keine Gefahr darstellen."

Was sollen wir tun?

Auch wenn die Daten zum Plastik im Meer unvollständig sind – Einigkeit herrscht unter den Forschern darüber, dass wir nicht noch länger warten sollten, bevor wir etwas tun. Aber was? Ein relativ umstrittenes Projekt wurde von der Non-Profit-Organisation The Ocean Cleanup ins Leben gerufen: Die Gruppe will bis zum Jahr 2020 eine 100 Kilometer lange schwimmende Barriere im pazifischen Müllstrudel errichten und so etwa die Hälfte des dortigen Plastiks herausfischen. Viele Wissenschaftler sehen das Vorhaben eher skeptisch. Ihrer Meinung nach ist das Plastik dort sehr vereinzelt und entsprechend schwierig einzusammeln; außerdem könnte die Barriere die Fischpopulationen und das Plankton beeinträchtigen. Boyan Slat ist Geschäftsführer von The Ocean Cleanup und steht der Kritik offen gegenüber; er sieht das Projekt aber erst am Anfang und verweist auf den Prototyp, der gerade vor der niederländischen Küste aufgebaut wird. "Das ist unser Testsystem, um die negativen Auswirkungen zu erkennen. Diese lassen sich nur in der Anwendung wirklich erfassen", erklärt er.

Laut einem Anfang 2016 veröffentlichten Paper von van Sebille und seinem Kollegen Peter Sherman wäre es wesentlich effektiver, das Clean-up-System nahe der chinesischen und indonesischen Küste zu platzieren, von wo ein wesentlicher Teil der Plastikverschmutzung stammt. "Je näher an der Plastikproduktion man eingreift, desto besser", argumentiert van Sebille. "Wir müssen den Plastikmüll schon in den Produktionsstätten stoppen. Dort müssen wir einhaken." Eriksen zieht Parallelen mit den Ansätzen gegen die Luftverschmutzung, wo den Leuten schon länger klar ist, dass Luftfilter keine Dauerlösung sind. Ein Filtern des gesamten Meeres sei genauso wenig plausibel, sagt er. "Weltweit beginnt man jetzt, an der Wurzel des Übels anzupacken." Doch das bedeutet: Wir dürfen weniger Plastik nutzen, sollten das Abfallmanagement verbessern und müssen das Material recyclen, bevor es überhaupt ins Meer gelangt.

Das ist natürlich viel verlangt, weil Plastik nun einmal überall vorkommt. So mancher Wissenschaftler träumt schon von einer Welt, in der wir das Plastikproblem unter Kontrolle haben. Gemäß den Forschungsergebnissen von Law und Jan van Franeker könnten so manche auf dem Meer schwimmenden Plastiksorten bereits in ein paar Jahren verschwunden sein. Vielleicht wäre dann auch Kamilo Beach wieder idyllisch und sauber.

Das Plastik wird aber seine Spuren hinterlassen und Schichten kleinster Partikel im Sediment des Meeresgrunds bilden. Im Lauf der Zeit wird dieses Plastik praktisch in die Erde einzementiert – der Nachlass unserer Plastik-Ära. "Dann wird es überall auf der Welt eine Gesteinsschicht aus Plastik geben", sagt Eriksen.



Dieser Text ist im Original "Bottles, bags, ropes and toothbrushes: the struggle to track ocean plastics" in Nature erschienen.