Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Chemie

Fachgebiet: Meereschemie

Betreuer: Prof. Dr. Joanna J. Waniek



MSc Janika Reineccius
(e-mail: janika.reineccius@io-warnemuende.de )

Abundance, distribution, composition, and weathering resistance of microplastics in different marine systems

No anthropogenic pollutant is more widespread in the marine environment than microplastics. However, knowledge about fate and its consequences is limited. In this thesis, microplastic abundances and weathering processes were analyzed in different aquatic systems and sample types. This work focuses on particle flux analysis to obtain time-resolved microplastic (mass) flux data from the deep-water column. This flux material was collected between 2003 and 2015 at the eastern edge of the North Atlantic Gyre in a subtropical location between Madeira and the Azores. This data shows, for the first time, the amount, polymer composition, and size distribution of microplastic sinking into the deep sea. Polyethylene (PE) and polyvinyl chloride (PVC) were the two most abundant polymer types sinking into the deep Atlantic Ocean, with the highest abundances between 2003 and 2004 for PE and between 2010 and 2011 for PVC. Considering the matrix composition, such as lithogenic or biogenic material, it is also possible to conclude potential transport pathways, which in the case of microplastics can vary depending on the density of these particles. An atmospheric transport pathway was identified for PE, while a pronounced seasonality was observed for PVC. In addition, a weathering experiment was conducted with different water media and five of the most commonly used polymer types. This experiment allows conclusions and explanations on the composition of microplastics detected in natural systems, with polypropylene being the most susceptible polymer type in the weathering experiment with corresponding low abundances in the Atlantic deep-sea flux material.

Abundanz, Verteilung, Zusammensetzung und Verwitterungsbeständigkeit von Mikroplastik in unterschiedlichen marinen Systemen

Kein anthropogener Schadstoff ist in der marinen Umwelt so weit verbreitet wie Mikroplastik. Das Wissen über den Verbleib und die Folgen ist jedoch begrenzt. In dieser Arbeit wurden die Häufigkeit von Mikroplastik und die Verwitterungsprozesse in verschiedenen aquatischen Systemen und Probentypen analysiert. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Partikelflussanalyse, um zeitaufgelöste Mikroplastik-(Massen-)Flussdaten aus der tiefen Wassersäule zu erhalten. Dieses Flussmaterial wurde zwischen 2003 und 2015 am östlichen Rand des Nordatlantikwirbels in einem subtropischen Gebiet zwischen Madeira und den Azoren gesammelt. Diese Daten zeigen erstmalig die Menge, Polymerzusammensetzung und Größenverteilung von Mikroplastik, das in die Tiefsee sinkt. Polyethylen (PE) und Polyvinylchlorid (PVC) waren die beiden häufigsten Polymertypen, die in die Tiefsee des Atlantiks sanken, mit den höchsten Mengen zwischen 2003 und 2004 für PE und zwischen 2010 und 2011 für PVC. Unter Berücksichtigung der Matrixzusammensetzung, wie lithogenes oder biogenes Material, lassen sich auch Rückschlüsse auf mögliche Transportwege ziehen, die im Falle von Mikroplastik je nach Dichte dieser Mikroplastikpartikel variieren können. Für PE wurde ein atmosphärischer Transportweg identifiziert, während für PVC eine ausgeprägte Saisonalität beobachtet wurde. Darüber hinaus wurde ein Verwitterungsexperiment mit verschiedenen Wassermedien und fünf der am häufigsten verwendeten Polymertypen durchgeführt. Dieses Experiment erlaubt Rückschlüsse und Erklärungen zur Zusammensetzung von Mikroplastik, das in natürlichen Systemen nachgewiesen wurde, wobei Polypropylen im Verwitterungsexperiment der fragilste Polymertyp war und entsprechend geringe Mengen im Flussmaterial der atlantischen Tiefsee nachzuweisen waren.