Modellierung von Mikroplastikeinträgen und Migrationspfaden im Einzugsgebiet der Weser : MOMENTUM – Weser - Elke Brandes; Martin Henseler; Peter Kreins; Gholamreza Shiravani; Björn Tetzlaff; Frank Wendland; Andreas Wurpts (Johann Heinrich von Thünen-Institut, 2023)
Die Relevanz der unterschiedlichen landseitigen Mikroplastikeinträge für die Verschmutzung der Meere ist bisher noch weitgehend unklar. Trotzdem hat die Kontamination der terrestrischen Umwelt erhebliches öffentliches Interesse erlangt. Besonders die deutliche Medienpräsenz dieses Umweltthemas verursachte in jüngster Zeit Forderungen nach politischer Regulation der Mikroplastikeinträge in die Umwelt. In der öffentlichen Wahrnehmung spielt die Landwirtschaft als Verursacherin eine übergeordnete Rolle. Um jedoch eine Sachbasis zu schaffen, ist es notwendig, in einer systemübergreifenden Betrachtung sämtliche Quellen und Eintragspfade sowie deren mengenmäßige Relevanz für die Verschmutzung mit Mikroplastik zu erfassen. Mit dem Ziel einer ökosystemübergreifenden Quantifizierung der Mikroplastikeinträge und -migrationspfade vom Land bis ins Randmeer wurde im Rahmen des Projektes PLAWES (Mikroplastikkontamination im Modellsystem Weser - Nationalpark Wattenmeer) der Modellverbund MOMENTUM entwickelt. Durch die Verknüpfung dreier unabhängiger, für Mikroplastik angepasster Modelle - RAUMIS-MP, mGROWA+TeMBa und FSK-MPTP - wurde ein Modellsystem-Prototyp entwickelt, der erstmalig relevante Quellen und Migrationspfade in einem Flusseinzugsgebiet und dem Mündungsbereich modellhaft abbildet. Berücksichtigt wurden dabei Emissionen auf landwirtschaftliche Flächen und der diffuse Austrag von diesen in Oberflächengewässer, atmosphärische Deposition auf die terrestrische Umwelt, Einträge aus Punktquellen in das Flusssystem und Ästuar sowie dreidimensionale Partikelbewegungen und deren Wechselwirkung mit Mikroorganismen und Feinsediment im Küstenbereich. Die Ergebnisse der Modellierung sind in weiten Teilen als exemplarisch anzusehen, da sie, bedingt durch noch sehr lückenhafte Eingangsdatensätze, mit großen Unsicherheiten behaftet sind. Dennoch belegt die Anwendung des MOMENTUM-Modellsystems im Flusssystem Weser die Funktionstüchtigkeit des Modellsystems zur Abschätzung des gesamten Mikroplastikmassenflusses im Einzugsgebiet und Ästuar. Die Modellkette wurde zudem so konzipiert, dass sie leicht auf andere Regionen übertragbar ist und neue Datengrundlagen integriert werden können. Durch erste Abschätzungen der Mikroplastikeinträge und Stoffflüsse unterstützen die Modelle die zielgerichtete Datenerhebung, was besonders in Anbetracht der aufwendigen Analytik wichtig ist. Die Möglichkeit der flächendeckenden Einbeziehung sämtlicher Eintragsquellen, -pfade und Prozesse trägt - komplementär zur Probenanalytik - zur Verbesserung des Gesamtsystemverständnisses bei und bildet die Grundlage für Politikberatung und Maßnahmenentwicklung. – – The relevance of different land-based microplastic inputs to marine pollution is still largely unclear. Nevertheless, the contamination of the terrestrial environment has gained considerable public interest. In particular, the high media presence of this environmental issue reinforces calls for policy regulation of microplastic inputs to the environment. In the public perception, agriculture plays a predominant role as a polluter. However, in order to create a factual basis, it is necessary to record all sources and input pathways as well as their quantitative relevance for microplastic pollution in a system-overarching view. With the aim of an ecosystem-wide quantification of microplastic inputs and migration pathways from the land to the marginal sea, the model network MOMENTUM was developed within the PLAWES project. By linking three independent models adapted for microplastics, RAUMIS-MP, mGROWA+TeMBa, and FSK-MPTP, a model system prototype was developed, which for the first time models relevant sources and migration pathways in a river basin and the estuary. Emissions to agricultural land and diffuse discharge to surface waters, atmospheric deposition to land surfaces, point source inputs to the river system and estuary, and three-dimensional particle movement and their interaction with microorganisms and fine sediment in the coastal zone were considered. The results of the modeling are to be considered exemplary in large parts, since they are subject to large uncertainties due to still very incomplete input data sets. Nevertheless, the application of the MOMENTUM model system in the Weser river system proves the functional capability of the model to estimate the total microplastic mass flux in the catchment and estuary. The model chain was designed to be easily transferable to other regions and to integrate new data sets. By providing initial estimates of microplastic inputs and mass fluxes, the models support targeted data collection, which is highly relevant, especially given the complexity of microplastics analytics. The possibility to include all input sources, pathways and processes over a wide spatial extent contributes - complementary to sample analysis - to the improvement of the overall system understanding and forms the basis for policy advice and development of mitigation measures.
urn:nbn:de:gbv:253-202212-dn065745-5
Keywords: C21; Q15; Q25; Q53; 630; Plastikbelastung; Stoffbilanz; Plastikemissionen; Polymere; Landwirtschaft; Plastiktransport; Ästuar; Flusssystem; Plastic pollution; mass balance; plastics emissions; polymers; agriculture; plastic transport; estuary; river system