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Mikroplastik (MP) ist eines der aktuellsten Forschungsthemen für viele Wissenschaftler auf der Welt und auch an der Abteilung für Ökologie an der Universität Innsbruck. APRI Vorstand Dr. Birgit Sattler forscht seit längerem zu Mikroplastik in den Alpen. Wir, Sebastian Pohl und Max Kortmann, sind am Beginn unserer Wissenschaftskarriere und hatten die Idee den Blick auf Mikroplastik zu erweitern und in der Arktis danach zu forschen, weil es von dort noch kaum Daten vom Land gibt. Ziel ist nachzuweisen, dass MP an alle auch noch so entlegenen Orte der Welt gelangen kann, ohne, dass der Mensch direkt vor Ort sein muss. Müll im Allgemeinen und der Klimawandel zählen zu den ganz großen Herausforderungen der nächsten Jahrzehnte. Wir hatten auch lange das Gefühl, dass vor allem vom Klimawandel geredet wird aber das Müllproblem untergeordnet betrachtet wird. Durch diverse Gesetzesänderungen in der EU und auch in Österreichs steigt derzeit das Bewusstsein dafür, was eine wichtige Entwicklung ist.

Forschungsziele

Zu den Gefahren, die von MP ausgehen können ist auch noch zu wenig bekannt. Das große Problem mit MP ist sicherlich, dass es nicht abbaubar ist. Der Lebenszyklus beginnt z.B. beim Waschen von Kleidung, geht über die Kläranlage aus der es nicht gefiltert wird und kommt dadurch in die Gewässer und schließlich in die Meere. Auf diesem Weg wird es von z.B. Fischen gemeinsam mit dem Plankton gefressen. Das MP bleibt im Fisch, der Fisch landet bei uns Menschen auf dem Teller oder wird von anderen Tieren gefressen. Somit ist MP in einem sehr langen Kreislauf in dem es bleibt. Wir trinken leider auch MP-Partikel aus einer Plastikflasche womit es dann in uns bleibt. Dazu gibt es bis heute keine genauen Daten und ob MP z.B. an Erkrankungen oder Allergien, etc. Schuld oder beteiligt ist. Erste Forschungen zeigen, dass es im Zoobenthos (dem Lebensbereich tierischer Bewohner an Ufern und am Grund von Gewässern) zu Missbildungen bzw. Verlegung der Mundwerkzeuge kommen kann und sie dadurch nicht mehr fressen können. Für Menschen wichtiger, gerade im Zusammenhang mit Pandemien ist, dass Mikroorganismen, welche auf MP leben, häufiger Antibiotikaresistenzen aufweisen können. MP dient also wie ein „Vektor“ für sogenannte „Antibiotic Resistance Genes (ARGs)“.

Planung und Organisation

Da es schon sehr viel Forschung über die MP-Belastung im Meer gibt, allerdings so gut wie keine Daten über die Belastung arktischer Inlandgletscher, haben wir uns hierfür entschieden. Entlang von Abschnitten, in denen arktische Gletscher ins Meer münden wollten wir die terrestrische MP Verschmutzung, die Verteilungswege der Partikel und die Auswirkungen, die diese auf Lebewesen in der Kryosphäre haben, untersuchen. Diese Daten könnten ein Bild über die möglichen Verbreitungswege von MP Partikeln liefern bevor sie ins Meer gelangen. Wie MP auf arktische Gletscher gelangt ist noch nicht geklärt. Unsere Vermutung ist, dass Eintrag über die Atmosphäre ein wichtiger Faktor ist und, dass Tiere, welche MP aus dem Meer aufnehmen, dieses anschließend über dem Land wieder ausscheiden. Dieser Frage nachzugehen, sowie ob sich schon mikrobielle Gemeinschaften speziell an Plastik als Lebensraum angepasst haben, war die eigentliche Motivation für unsere Expedition.

Verlauf der TOPtoTOP Arctic Research Expedition 2020 & 2021.
 

Im Zuge der Organisation, die im Sommer 2019 begonnen hat, standen wir plötzlich vor dem Problem, dass wir durch die Corona Pandemie nicht wie geplant ins Ausland reisen konnten. Der ursprüngliche Plan war, im Sommer 2020 vier Wochen auf Svalbard zu verbringen, um dort die Daten zu erheben. Wir mussten uns daher dafür entscheiden unsere Forschungsreise um ein Jahr zu verschieben, was uns allerdings mehr Zeit für die Organisation gab. Im Frühjahr 2021 stießen wir schließlich auf die TOPtoTOP- Global Climate Expedition (im Folgenden: TOPtoTOP), die auf der Suche nach Volunteers war. Nach einigen Meetings beschlossen wir, unseren Auslandsaufenthalt zu verändern. Durch die Zusammenarbeit mit TOPtoTOP bekamen wir die Möglichkeit klimafreundlich zu reisen, weil sie mit einem Segelboot durch die Arktis unterwegs sind und uns mitnehmen konnten. Außerdem konnten wir so an sehr abgeschiedene Orte gelangen um erstens die Verbreitung von Mikroplastik unabhängig von menschlichem Einfluss zu untersuchen und zweitens ein umfassendes Bild vom Lebensraum der Arktis zu erhalten, weil wir von Norwegen aus nach Svalbard, Jan Mayen, Grönland und Island gelangen konnten. Wir mussten uns nun jedoch darauf einstellen, anstelle von vier Wochen acht Wochen unterwegs zu sein und einen deutlich höheren finanziellen Aufwand zu haben.

Die kommenden Monate zwischen Februar ´21 und Juni ´21 verbrachten wir zum Großteil damit die finanziellen Mittel aufzutreiben, welche nötig waren, um diese Expedition durchführen zu können. Die Kosten umfassten dabei eine anteilige Finanzierung des Bootes sowie der Verpflegung auf dem Boot, Anreise nach Norwegen und Abreise aus Island, und aufgrund der COVID-Pandemie Kosten für die Unterkunft in einem Hotel zum Zweck der Quarantäne (sowie den dadurch entstehenden 10- tägigen Zeitverlust). Aufgrund der fortgeschrittenen Zeit waren bereits viele unserer Anträge auf Forschungsförderung abgelehnt worden. Bis zum Beginn unserer Reise konnten wir jedoch glücklicherweise alle nötigen Mittel auftreiben.

Es geht los!

Für uns hat die Klima- bzw. Umweltfreundlichkeit unserer Forschung einen hohen Stellenwert. Daher hatten wir geplant mit der Bahn nach Norwegen zu reisen. Leider hat uns auch hier die COVID-Pandemie einen Strich durch die Rechnung gemacht. Es war uns daher nicht anders möglich als mit dem Flugzeug anzureisen. Da Norwegen strenge Einreisebestimmungen hatte, welche noch dazu häufig geändert wurden, war bis zum Zeitpunkt der Erlaubnis zur Einreise nicht sicher, ob wir unsere Expedition wie geplant durchführen konnten. An der Grenze wurde uns die Einreise zuerst auch verweigert, da wir als Studenten keine Erlaubnis hätten ins Land zu kommen. Wir konnten die Beamten vor Ort schließlich überzeugen, dass wir als Wissenschaftler auf einer arktischen Segelexpedition und nicht als Studenten einreisten. Wir mussten uns unverzüglich in das entsprechende Quarantänehotel in Oslo begeben um dort unsere 10- tägige Quarantäne zu verbringen.

Sonne tanken auf der Wiese vor dem Quarantäne Hotel in Oslo.

Aufgrund der guten COVID- Infektionszahlen in Österreich durften wir bereits am dritten Tag in ein von uns selbst gewähltes Hotel reisen, wo wir den Rest der Quarantäne verbringen mussten. Wir reisten daher nach Lyngseidet und waren dort in der Magic Mountain Lodge untergebracht. Wir wurden von der Gesundheitsbehörde darüber aufgeklärt, dass wir uns im Zuge der Quarantäne frei bewegen durften, solange wir keinen Kontakt zu anderen Menschen hatten. Eine Ausnahme stellte das Einkaufen von Lebensmitteln dar, wir waren aber dazu angehalten, nicht jeden Tag in ein Geschäft zu gehen. Wir versorgten uns mit den nötigen Lebensmitteln und konnten es so vermeiden, regelmäßig einkaufen gehen zu müssen. Die Zeit in der Quarantäne nutzten wir, um unsere Social Media-Kanäle zu bearbeiten, Kontakt zu Förderern zu halten, mit Interessierten über unsere Expedition zu schreiben, unsere Ausrüstung zu sortieren und die prachtvolle Landschaft zu erkunden.

Nach insgesamt 10 Tagen Quarantäne konnten wir schließlich das Schiff von TOPtoTOP betreten. Wir verbrachten noch weitere 2 Tage im Hafen damit unsere Ausrüstung an Bord zu verstauen, Essen für mehrere Wochen einzukaufen und das Schiff abfahrtbereit zu machen. Das Schiff „Pachamama“ ist ein 15 m langes Segelboot aus Aluminium. Die Crew bestand zunächst aus Dario und Sabine Schwörer, ihren 4 Kindern: Vital (3), Mia (5), Alegra (10) und Noé (11), uns beiden und Peder Pedersen, einem Fotografen und Filmemacher aus den Lofoten. Die Familie Schwörer reist seit gut 20 Jahren mit dem Segelboot um die Welt, weil sie vor dem Hintergrund des rasant zunehmenden Klimawandels tätig werden wollten. Dario, professioneller Bergführer, und Sabine, gelernte Krankenschwester, wollten „by fair means“, also mit Muskelkraft und Windenergie um die Welt reisen, die 7 höchsten Gipfel besteigen und mit Menschen aus allen Kulturkreisen, vor allem aber Kindern, über den Klimawandel sprechen und Aufklärungs- und Bildungsarbeit leisten. Aus diesem Vorhaben ist dann die TOPtoTOP Global Climate Expedition geworden. Aktuell waren sie mit dem Schiff in Norwegen stationiert, um in den nächsten Jahren die Arktis zu erkunden. Die beiden ältesten Kinder Andri (14) und Salina (16) leben in der Schweiz um dort ihren Schulabschluss zu machen. Am 17. Juni 2021 legten wir also von Lyngseidet ab. Kurz nach dem Start bemerkten wir, dass es Probleme mit dem Hilfsmotor gab. Da Dario und Sabine nicht sofort herausfinden konnten wo genau das Problem lag, mussten wir mehrere Tage in einer Bucht ankern, bis das Problem behoben war. Da sich gleich in der Nähe der Gletscher Strubpbreen befand, nutzen Max und ich die Gelegenheit, um bereits erste Proben zu sammeln. Wir benötigten zwei Anläufe, da es in der ersten Nacht, in welcher wir am Berg waren, stark regnete, wodurch kein Sampling möglich war. Da es zu dieser Jahreszeit in Norwegen nie dunkel wird, konnten wir bei Nacht unterwegs sein.

Erste Etappe: Svalbard

Nachdem das Problem am Motor behoben worden war, starteten wir erneut Richtung Svalbard. Die Überfahrt dauerte vier Tage. Die Überfahrten von Untersuchungsgebiet zu Untersuchungsgebiet verliefen immer sehr ähnlich. Da auf hoher See für unsere Forschung keine Daten zu sammeln waren, bestand unsere Aufgabe darin an Bord mitzuhelfen. Wir hatten abwechselnd zwei Stunden Wache und vier Stunden Ruhezeit, in welcher wir zumeist schliefen. Während unserer Wachen mussten wir das Meer im Blick haben, auf dem Radar nach anderen Booten Ausschau halten, das Wetter beobachten und sehen, dass das Boot auf Kurs blieb. Mit der Seekrankheit ging es mir (Sebastian, Anm.) gut, ich habe gar nichts gemerkt. Max war zum Teil am Anfang von starkem Seegang etwas mulmig und leicht übel, aber das hielt sich immer in Grenzen. Die Akkupressur-Armbänder, die in Norwegen überall verkauft werden (Seaband) haben auch gut geholfen. Durch den ständigen Wellengang waren wir häufig sehr müde, hatten kaum Appetit, und waren auch apathisch. An Land zu gehen war, obwohl das Land „immer gewankt hat“, schon ein sehr schönes Gefühl.

Wir erreichten schließlich Svalbard und konnten in Ny Alesund im Hafen anlegen. Gleich am nächsten Tag gingen wir ins Feld, um unser Sampling auf dem Austre Lovenbreen durchzuführen, nachdem wir am Vorabend einen kurzen Schießkurs erhalten hatten. Glücklicherweise bekamen wir eine Mitfahrgelegenheit von einem der Schnellboote des Norsk Polarinstitutet, welches uns zu Kittiwake Population 8km außerhalb Ny Alesunds gebracht hat. Da wir uns nun im Lebensraum von Eisbären befanden, mussten wir ein Gewehr mittragen, was den Aufstieg zum Gletscher sowie die Probennahme zusätzlich erschwerte. Die Arbeit im Feld war kalt und langwierig. Um unsere Proben möglichst wenig mit Mikroplastik zu verunreinigen, trugen wir während der Probenentnahme Baumwolloveralls, sowie Baumwollhandschuhe und mussten auf Windrichtung und Routenwahl achten, da es kaum möglich ist Gletscher ohne Ausrüstung aus Material mit Plastikanteilen zu besteigen (High Tech Kleidung, Seil, Schneeschuhe, Klettergurt, Schuhe etc.). Das Gewehr mussten wir immer griffbereit mit einem Auge auf unsere Umgebung haben. Da wir im Gletscher in den Nebel kamen, entschieden wir uns rasch weiter aufzusteigen und wurden mit klarstem blauem Himmel ab 400hm belohnt. Wir erklommen eine steile Rinne mit Pickel und Steigeisen und genossen die phänomenale Weitsicht über die schier endlose Gletschernebelwelt unter uns. Zum samplen waren das selbstverständlich auch perfekte Bedingungen. Insgesamt waren wir an diesem Tag 16 Stunden im Feld, bis wir es zurück nach Ny Alesund geschafft hatten.

Es blieb uns jedoch keine Zeit uns lange auszuruhen, da wir aufgrund der passenden Tide das Boot schnell startklar machen mussten, um weiterzukommen. Anfangs musste Eiswache gehalten werden, weil es nebelig war und in diesen Gewässern Eisberge herumtrieben. Nach einigen Stunden erreichten wir dann schon den nächsten, unseren nördlichsten Untersuchungsort, den Brokebreen. Der Tag im Feld war hier mit 9 Stunden zwar kürzer, aufgrund der kurzen Ruhezeit zum vorherigen Untersuchungsraum jedoch nicht weniger anstrengend. Vor allem der viele Schnee in Kombination mit den warmen Temperaturen machte uns zu schaffen, da wir mehrmals mehr als Hüfttief in Schneelöcher zwischen Blockschuttfelsen fielen. Sich auf einem Gletscher zu bewegen, auf dem sich vielleicht in der Menschheitsgeschichte ein paar tausend Individuen aufgehalten haben, umgeben von hunderten Kilometern Eis und Schnee, war jedoch ein eindrückliches Gefühl, das die Strapazen überlagerte. Während wir unsere Proben auf dem Gletscher sammelten, nahmen TOPtoTOP Proben für ihre Forschung im Meer, und wir konnten uns nach Abschluss der Probengewinnung wieder in der Bucht treffen. Die Familie Schwörer kooperiert mit der ETH Zürich und nahm daher laufend Wasserproben, um sie auf e-DNA zu untersuchen. Zur Entnahme der Proben wird Wasser mittels einer elektrischen Pumpe aus dem Meer gesaugt und für 30 Minuten durch einen Filter geführt. Der Filterinhalt wird dann an der ETH analysiert. Zusätzlich entnahmen sie MP mittels einem Mantanetz. Dieses wurde gleichzeitig mit der Pumpe ins Wasser gelassen und ebenfalls für 30 Minuten mitgezogen. Anschließend wurde der Auffangbehälter in eine Stahldose entleert und diese zur Analyse an die Western Norway University of Applied Sciences und Norwegian Research Center- NORCE weitergeleitet.

Anschließend segelten wir weiter nach Norden, um zur Packeisgrenze zu gelangen, weil wir gehofft hatten auch von dort noch einige Proben nehmen zu können. Leider konnten wir aber wegen zu starkem Nebel kein Packeis finden und kehrten auf etwa 80° nördlicher Breite wieder um Richtung Süden.

Zurück nach Norwegen

Bevor wir Svalbard verließen, um uns auf den Rückweg nach Norwegen zu machen, steuerten wir noch Longyearbyen an. Insgesamt verbrachten wir dort zwei Tage, weil der Wellengang auf offener See aufgrund sehr starker Winde zugenommen hatte. Diese Zeit nutzten wir, um Proben auf dem Longyearbreen zu sammeln. Leider hatten wir an diesem Tag nicht so viel Glück mit dem Wetter. Auf dem Sattel des Gletschers angekommen erwartete uns ein eisiger Wind, welcher uns zeitweise mit Sturmböen um die Ohren fegte. Außerdem zogen immer mehr Wolken auf und schließlich begann es zu regnen und zu schneien. Trotz dieser Bedingungen versuchten wir so gut wie möglich Proben zu nehmen, was vor allem mit dem Airsampler nicht mehr möglich war, da sowohl das Gerät als auch die Filter feuchtigkeitsempfindlich sind. Durchnässt und durchgefroren kamen wir nach vielen Stunden zurück in die Stadt. Dort konnten wir dankenswerter Weise bei einer Freundin der Familie Schwörer heiß duschen und uns kurz erholen. Da wir allerdings auch aus dem Fluss direkt in Longyearbyen Proben entnehmen wollten, mussten wir uns schließlich noch einmal in unsere nasse Kleidung begeben, bevor wir uns auf dem Boot endlich etwas Trockenes anziehen und schlafen gehen konnten.

Nach etwa einer Woche auf See erreichten wir erneut den Hafen in Lyngseidet, von dem wir gestartet waren. Wir konnten die Zeit, die wir dort verbrachten, nutzen, um unsere Vorräte aufzufüllen und die bis jetzt gesammelten Proben nach Österreich zu schicken. Leider hatte der Airsampler begonnen, Probleme zu machen und wir hatten veranlasst, dass uns ein neuer Akku für das Gerät geschickt wurde. Leider konnten wir den neuen Akku nicht erhalten, da wir aufgrund der Wetterlage kurzfristig abreisen mussten. Wir konnten aber bei einem Zwischenstopp in Tromso die UIT besuchen, wo uns ein Techniker einen neuen Akku zur Verfügung stellen konnte. Ein großer Dank an Reidar Kaasa und Emily Venables! Der Ersatzakku hat bestens funktioniert, auch wenn wir länger am Untersuchungsort in der Kälte stehen mussten, da der Airsampler die volle Durchsaugmenge nicht mehr brachte: anstatt 125 l/min konnten wir nur mit 40 l/min arbeiten. Und das dauerte dann eine Ewigkeit und war „sau kalt“.

Medieninformation

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Fotos: @Max Kortmann und Sebastian Pohl

Über die wissenschaftlichen Autoren

Verfasst von Max Kortmann und Sebastian Pohl, Universität Innsbruck

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