In-situ-Labor für Plastikabbau im Roten Meer - Hainan Plastic Bottles Group Co., Ltd

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 11956 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Der Abbau und die Fragmentierung von Kunststoffen in der Umwelt sind noch immer kaum erforscht. Dies liegt unter anderem daran, dass es an Langzeitstudien und Methoden zur Bestimmung der Verwitterungsdauer mangelt. Wir präsentieren hier ein neuartiges Studienobjekt, das Informationen über das Plastikzeitalter bewahrt: Mikroplastik (MP)-Harzpellets aus dem Wrack der SS Hamada, einem Schiff, das vor 29 Jahren an der Küste des Nationalparks Wadi el Gemal in Ägypten unterging. Anhand des Untergangsdatums konnten wir genau bestimmen, wie lange MP im Wrack und an einem nahegelegenen Strand ruhte, an dem ein Teil der Ladung abgeschwemmt wurde. Pellets von beiden Probenahmestellen wurden mittels Mikroskopie, Röntgentomographie, Spektroskopie, Kalorimetrie, Gelpermeationschromatographie und Rheologie analysiert. Die meisten Pellets bestanden aus Polyethylen niedriger Dichte, ein kleinerer Anteil bestand jedoch auch aus Polyethylen hoher Dichte. MP aus dem Inneren des Wracks zeigte im Vergleich zu makellosen Referenzproben keine Anzeichen einer Verschlechterung. Im Gegensatz dazu zeigten gestrandete Kunststoffe auf allen Strukturebenen Veränderungen, die teilweise zu Fragmentierung führten. Diese Ergebnisse liefern einen weiteren Beweis dafür, dass der Plastikabbau unter Salzwasserbedingungen vergleichsweise langsam verläuft, wohingegen UV-Strahlung und hohe Temperaturen an Stränden die Haupttreiber dieses Prozesses sind. Zukünftige Langzeitstudien sollten sich auf die zugrunde liegenden Mechanismen und Zeitskalen des Kunststoffabbaus konzentrieren.

Die Verwendung von Kunststoffen hat zu zahlreichen Verbesserungen im Alltag geführt1,2, wurde jedoch kürzlich als Umweltproblem auf globaler Ebene erkannt, das aufgrund hoher Produktionsraten und unkontrollierter Vermüllung die Grenzen des Planeten überschreitet3. Kunststoffe werden seit mindestens fünf Jahrzehnten in die Umwelt entsorgt4,5. Infolgedessen ist Plastik überall zu finden6, wobei mindestens fünf Milliarden Plastikteile in die Ozeane gelangt sind, eine wichtige Senke für Plastikmüll7. Es wurde außerdem berichtet, dass im Jahr 2010 in 192 Küstenländern etwa 275 Millionen Tonnen Plastikmüll erzeugt wurden, wobei 4,8 bis 12,7 Millionen Megatonnen in den Ozean gelangten8.

In jüngster Zeit wurde ein besonderer Fokus auf Kunststoffe im Größenbereich von 1 µm bis 5 mm gelegt, die als Mikroplastik (MP)9,10,11 bezeichnet werden. Es gibt zwei Arten von MP: primäre und sekundäre MP. Primär-MP wird in diesem Größenbereich bewusst für viele Zwecke hergestellt, z. B. für Kosmetik- und Hygieneprodukte oder Harzpellets für den industriellen Einsatz12,13. Pelletverluste während der Produktion, des Transports, der Lagerung oder der Abfallentsorgung können als wichtiger Eintragspfad für primäres MP in Meereslebensräume dienen14,15. Sekundäres MP entsteht durch die Fragmentierung größerer Kunststoffteile12.

Unabhängig von seiner Entstehung kann MP zweifellos negative Auswirkungen auf Meerestiere und Ökosystemleistungen haben, angefangen auf der zellulären Ebene eines einzelnen Individuums bis hin zu einer Beschleunigung des Klimawandels16,17. Beispielsweise fungieren MP sowohl als Senke als auch als Quelle potenziell toxischer Substanzen, d. h. persistenter organischer Schadstoffe, Metalle, Zusatzstoffe, Weichmacher und Antibiotika18,19,20,21,22. Dieser chemisch komplexe Cocktail könnte aufgrund der Kunststofffragmentierung mit konstanter, aber zunehmender Geschwindigkeit freigesetzt werden, was zu einer sogenannten globalen Kunststofftoxizitätsschuld führt23. Darüber hinaus kann sich MP aufgrund der trophischen Übertragung in marinen Nahrungsnetzen ansammeln24,25. Sobald MP von Organismen aufgenommen wird, kann es zu physischen Gewebeschäden, z. B. Darmverschlüssen und Entzündungsprozessen, führen und auch das Verhalten von Tieren negativ beeinflussen26. Nanoplastik, definiert als Kunststoffpartikel mit einer Größe zwischen 1 nm und 1 µm, ist sogar in der Lage, biologische Membranen zu passieren und so direkt mit genetischem Material und Zellorganellen zu interagieren27. Letztendlich könnte dies die Populationsstruktur und die Häufigkeit bestimmter Arten verändern. Auf globaler Ebene setzen Kunststoffe in jeder Phase ihres Lebenszyklus CO2, Methan und eine Reihe anderer Treibhausgase frei und tragen so in erheblichem Maße zum Klimawandel bei28. Beispielsweise waren im Jahr 2015 allein Kunststoffe für 4,5 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich17. Darüber hinaus kann MP die biogeochemischen Prozesse stören, mit denen Plankton CO2 an der Meeresoberfläche einfängt und Kohlenstoff in den tiefen Ozeanen bindet, obwohl dies noch kaum verstanden wird 29. Als Folge dieser negativen ökologischen Auswirkungen kommt es zu einer Vermüllung der Meere durch Plastikmüll gilt als Teil einer globalen Krise30.

Die oben erwähnten langanhaltenden Wirkungen von MP sind teilweise eine Folge ihrer hohen Persistenz in natürlichen Systemen, deren Dauer schätzungsweise Hunderte bis Tausende von Jahren beträgt31. Beispielsweise wird in Meeresumgebungen die Halbwertszeit einer Plastiktüte aus Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) mit einer durchschnittlichen spezifischen Oberflächenabbaurate von 15 µm pro Jahr auf 1,4 bis über 2500 Jahre geschätzt32. Laut einer dreistufigen Klassifizierung durch maschinelles Lernen, die eine Reihe physikalischer und molekularer Eigenschaften berücksichtigt, ist dies im Vergleich zu anderen Polymeren langsam.33 Neben den eigentlichen Eigenschaften von MP sind die Umweltbedingungen selbst ein weiterer wichtiger Faktor, der das Ausmaß des Kunststoffabbaus bestimmt. Dazu gehören thermooxidativer Stress, Scherkräfte durch Wasserbewegung, Feuchtigkeit, biologische Aktivität durch aufwachsende Organismen und Photoabbau durch UV-Bestrahlung32,34,35. Es wird davon ausgegangen, dass Letzteres in der Regel eine Verschlechterung der Meeresumwelt auslöst36. Bei andauernder Einwirkung neigt die Oberfläche des Kunststoffs dazu, zu reißen, und schließlich kommt es durch Oberflächenablation und Fragmentierung zur Freisetzung von sekundärem MP37. Obwohl einige Autoren den Plastikabbau unter Meeresbedingungen mehrere Jahre lang untersuchten, wurden unseres Wissens bisher nur sehr wenige Langzeituntersuchungen durchgeführt38,39,40. Aufgrund des Mangels an zuverlässigen Analysemethoden können Alter und Verwitterungszeit auch nicht direkt anhand von Kunststoffen in der Umwelt geschätzt werden37. Beide Parameter hängen von unterschiedlichen Expositionsbedingungen an wechselnden Standorten ab und diese Informationen stehen Forschern normalerweise nicht zur Verfügung.

Ein solcher Ausnahmefall steht im Zusammenhang mit dem Untergang des Massengutfrachters SS Hamada in der Nähe von Abu Ghosun im Nationalpark Wadi el Gemal, Ägypten, vor etwa neunundzwanzig Jahren, am 29. Juni 199341,42. Bei seinem letzten Frachttransport wurde das Schiff – 65 m lang und 11 m breit – mit primären MP-Harzpellets beladen. Heute liegt das Wrack der SS Hamada auf seiner Steuerbordseite in zwei Abschnitten, teilweise mit Kiel am Meeresgrund, und ist ein beliebter und leicht zugänglicher Tauchplatz in etwa 6 bis 18 m Tiefe. Seine Laderäume sind immer noch mit MP-Harzpellets gefüllt (Abb. 1a), aber viele wurden durch Untergang freigesetzt. Viele MP schwammen zu einem angrenzenden Strand (Abb. 1c). Im Vergleich dazu landeten weniger MP am Meeresboden (Abb. 1b). Sie stammen aus Säcken, die beim Untergang der SS Hamada herunterfielen und später aufgerissen wurden. Da die enthaltenen MP-Harzpellets zwischenzeitlich von Bewuchsorganismen überwuchert waren, hatten sie einen negativen Auftrieb und blieben somit am Meeresboden34.

Schicksal von MP-Harzpellets von einem Strand im Nationalpark Wadi el Gemal, Ägypten, und dem Wrack der SS Hamada im Roten Meer. (a) Im dunklen Wasser des Schiffswracks schwimmen Tausende von Pellets auf und ab. (b) Während einige Säcke vom Schiff fielen und nach dem Aufreißen verschmutztes Plastik auf den umliegenden Meeresboden freisetzten, schwammen andere Teile der Ladung (c) an die Meeresoberfläche, von wo aus sie zu einem nahegelegenen Strand trieben, der fungieren als stark abgedecktes Kunststoffspülbecken.

Wir schlagen vor, dass MP aus dem Wrack der SS Hamada ein unnachahmliches Beispiel für die langfristige Untersuchung des Plastikabbaus in der Umwelt ist. Doch in welchem Ausmaß haben sich die MP-Harzpellets bislang verschlechtert? Um diese Frage zu beantworten, haben wir frei schwimmende MP-Harzpellets aus dem Inneren des Wracks der SS Hamada und MP-Harzpellets vom Strand direkt vor der Untergangsstelle gesammelt, um sie einer vergleichenden Analyse zu unterziehen. Hierzu wurde eine ausgefeilte Kombination aus bildgebenden Verfahren, Partikelmessung, Infrarotspektroskopie, Thermoanalyse, biochemischen Ansätzen und Rheologie eingesetzt. Da Strände optimale Bedingungen für den Plastikabbau bieten43, haben wir die Hypothese aufgestellt, dass MP-Harzpellets vom Strand auf allen strukturellen Ebenen schneller verwittern als solche unter dunklen und kälteren Bedingungen im Wrack der SS Hamada.

Das Schiffswrack der SS Hamada wirkt aufgrund der genau datierten MP-Harzpellets, die es freisetzt, wie ein In-situ-Labor für den Kunststoffabbau. Es wurden Kunststoffe aus dem Inneren dieses Wracks und vom nahegelegenen Strand beprobt, um mögliche Unterschiede im Ausmaß des Kunststoffabbaus aufgrund unterschiedlicher Umweltbedingungen zu untersuchen.

Mithilfe der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) wurden die Polymertypen der MP-Harzpellets der SS Hamada bestimmt. Sie konnten als LDPE identifiziert werden (Abb. 2). Beachten Sie, dass auch ein sehr geringer Anteil an hochdichtem Polyethylen (HDPE) nachgewiesen wurde. Der durchschnittliche Wert von Pearson'sr ergab eine geringere Übereinstimmung für gestrandete MP-Harzpellets im Vergleich zu Kunststoffen aus dem Schiffswrack (0,77 bzw. 0,95).

Fourier-Transformations-Infrarotspektren, gemessen im Inneren von MP-Harzpellets von einem Strand im Nationalpark Wadi el Gemal, Ägypten, und vom Wrack der SS Hamada im Roten Meer. Beim Vergleich mit einer Referenzdatenbank wurden die meisten MP als LDPE identifiziert. Ihr Carbonylindex (1810–1550 cm-1) und die Fingerabdruckfläche (< 1500 cm-1) zeigten nur bei MP vom Strand chemische Veränderungen.

Neben der Polymeridentität können auch mögliche Abbaumerkmale mittels FTIR analysiert werden. Im Fingerabdruckbereich (< 1500 cm-1) wurden Unterschiede zwischen den Probenstellen festgestellt. Während die Wrackspektren im Fingerabdruckbereich keine nennenswerte Abweichung von der Referenz zeigten, zeigten die Strandproben deutlich stärkere Überlappungen und Dehnungsschwingungen, die sich in Form breiter Peaks bemerkbar machen (Abb. 2). Dies ist ein Zeichen dafür, dass ihre Struktur chemisch verändert wurde. Insbesondere Bereiche höherer Wellenzahlen deuteten auf das Vorhandensein bestimmter funktioneller Gruppen hin. Beachten Sie, dass es im Vergleich zu einer Datenbankreferenz im Bereich von 1500–4000 cm-1 keine bedeutenden Änderungen im Spektralverhalten der MPs von beiden Probenstandorten gab, mit Ausnahme eines gestrandeten MPs, das eine Absorptionsbande bei 1800 cm-1 aufwies (Abb. 2). Dieses spezifische Muster ist ein Hinweis auf die Bildung von Carbonylgruppen während der Alterung.

Beide MP-Partikelkollektive hatten vergleichbare Partikelgrößen- und Formdeskriptorverteilungen (Ergänzungstabelle S2 online).

Am Strand gefundene MP-Harzpellets hatten eine mittlere Größe von 3,7 mm mit einem IQR von 0,2 mm, während die aus dem Wrack eine mittlere Größe von 3,8 mm und einen IQR von 0,3 mm hatten (ergänzende Abbildung S2 online).

Der Großteil der MP wurde als scheibenförmige Pellets klassifiziert, obwohl auch eine geringe Menge zylindrischer Partikel vorhanden war (Abb. 3a – b, ergänzende Abbildung S2 online, ergänzende Tabelle S2 online). Die Werte für den isoperimetrischen Formfaktor f1 (Gl. 1) lagen nahe bei eins, mit einem Durchschnitt von 0,83 ± 0,06 (Mittelwert ± Standardabweichung) und 0,82 ± 0,1 für MP vom Strand bzw. vom Wrack (ergänzende Abbildung S2 online). Allerdings wies ein kleiner Teil der analysierten Pellets, also Zylinder, Werte von f1 < 0,60 auf. Die Dehnung zeigte für alle MP eine linksverzerrte Verteilung mit Durchschnittswerten von 0,16 ± 0,05 (Strand) und 0,18 ± 0,10 (Wrack) (ergänzende Abbildung S2 online). Die Ebenheit folgte einer bimodalen Verteilung mit einem Mittelwert von 0,61 ± 0,19 für gestrandete MP-Harzpellets und 0,56 ± 0,27 für Partikel aus dem Wrack der SS Hamada (ergänzende Abbildung S2 online). Niedrige Ebenheitswerte waren typisch für Scheiben, während eine hohe Ebenheit ausschließlich für zylindrische MP festgestellt wurde.

Lichtmikroskopische Bilder von MP-Harzpellets von einem Strand im Nationalpark Wadi el Gemal, Ägypten, und vom Wrack der SS Hamada im Roten Meer. Repräsentative Übersicht über verschiedene Partikelformen und -farben von MP aus (a) dem Strand und (b) dem Wrack der SS Hamada. Der Anteil dieser Eigenschaften variierte innerhalb der Probe, wobei beige, weiße und graue scheibenförmige Pellets häufiger vorkamen als gelbe, schwarze, rote oder zylindrische Partikel (siehe ergänzende Abbildung S2 online und ergänzende Abbildung S3 online). Ein komplexes Netzwerk von Rissen war nur auf gestrandetem MP vorhanden. Seitenansichten der Partikeloberfläche zeigten einen geringeren Abrieb bei (c) MP vom Strand im Vergleich zu (d) dem Wrack. Maßstabsbalken: 1 mm.

Im Gegensatz zu den Partikelgrößen- und Formdeskriptorverteilungen waren die Anteile der MP-Farbe für die beiden Probenstandorte unterschiedlich (ergänzende Abbildung S3 online). Am Strand und im Inneren des Wracks waren Weiß (63 % bzw. 22 %) und Beige (31 % bzw. 41 %) die vorherrschenden Farben, gefolgt von einem geringen Anteil Grau (2 bzw. 12 %). gelber MP (13 % bzw. 14 %). Beachten Sie, dass gestrandetes MP nur ein schwaches Gelb an der Oberfläche zeigte, während Partikel aus dem Wrack in allen Schichten ein tiefes Gelb aufwiesen. Darüber hinaus waren MP-Harzpellets aus dem Wrack der SS Hamada ebenfalls rot oder schwarz (beide 1 %), wohingegen diese Farben in der Teilprobe vom Strand fehlten.

Zur qualitativen Beurteilung der morphologischen Anzeichen des MP-Abbaus wurden bildgebende Verfahren eingesetzt. Im Allgemeinen zeigten MP-Harzpellets vom Strand typische Zerfallserscheinungen, während sie bei Partikeln aus dem Wrack der SS Hamada nicht auftraten.

Bei MP vom Strand trat kein Biofouling auf, die Oberfläche war jedoch häufig mit einem dichten Netzwerk aus Schuppen und Rissen bedeckt (Abb. 3a, ergänzende Abb. S4 online). Mit fortschreitender Rissausbreitung neigten die Risse zur Mitte der Pellets und bildeten mehrere Gabelungen (Abb. 4a, c, d). Außerdem sind einige Risse mit anderen Rissen verbunden. Im Inneren der Risse wurden weiße Farbtöne festgestellt, was darauf hindeutet, dass das Rissnetzwerk selbst mit einer beträchtlichen Menge an Mineralien gefüllt ist (Abb. 4c). Bemerkenswert ist, dass die Seiten der MP-Partikel glatt waren und keine zerkleinerten Bereiche sichtbar waren (Abb. 3c).

Scheiben von µCT-gescannten MP-Harzpellets von einem nahegelegenen Strand im Nationalpark Wadi el Gemal, Ägypten, und vom Wrack der SS Hamada im Roten Meer. Übersichten verschiedener MP vom (a) Strand und (b) vom Wrack der SS Hamada ergaben mehrere Hohlräume, die höchstwahrscheinlich auf Produktionsbedingungen zurückzuführen sind. (c) Pellets vom Strand zeigten oft weiße Flecken, die auf das Vorhandensein von Mineralien in markanten Rissen hinweisen. (d) 3D-Rekonstruktionen von µCT-Schnitten zeigten, dass Risse (blau) ein komplexes Netzwerk bildeten, das bis in den inneren Teil des gestrandeten MP reichte. Eine weitere Rissausbreitung wird höchstwahrscheinlich zur Fragmentierung der Pellets in noch kleinere MP führen. Rote Punkte zeigen geschlossene Poren im Pellet an. Maßstabsbalken: 1 mm.

Im Gegenteil, MP aus dem Wrack zeigte eine jungfräuliche Oberfläche (Abb. 3b). Aufgrund der kreidigen Erscheinung wurden jedoch bei einigen Partikeln glasierte Oberflächen beobachtet (Abb. 3b). Ebenso waren andere Anhaftungen hauptsächlich an den Seiten der Pellets sichtbar und können auf die Bildung von Biofilmen zurückgeführt werden (Abb. 3d). Darüber hinaus zeigten die Seiten des MP manchmal zerfetzte Bereiche (Abb. 3d).

Auf der Innenseite einiger Pellets von beiden Probestellen waren Hohlräume sichtbar (Abb. 4a–b). Sie könnten auf herstellungsbedingte Lufteinschlüsse zurückzuführen sein.

Im Falle der Partikelmasse wurde der mittlere Unterschied zwischen den Proben nicht als aussagekräftig angesehen (-0,146 mg, 95 % KI [-1,515 mg, 1,223 mg], ergänzende Abbildung S6 online). MP vom Strand wogen im Durchschnitt 25,313 ± 0,484 mg, während die vom Wrack eine mittlere Masse von 25,459 ± 0,498 mg hatten (Mittelwert ± Standardabweichung, Welchs zweiseitiger t-Test: t(198) = -0,21, p = 0,834) .

Zur Beurteilung des thermischen Verhaltens von MP, das an beiden Probenstandorten gesammelt wurde, wurde Differentialscanningkalorimetrie angewendet. Das Vorhandensein von Copolymeren oder Mischungen konnte ausgeschlossen werden, da nur einzelne und klar unterscheidbare Peaks festgestellt wurden (Abb. 5a). Ein Glasübergangsbereich im ersten Heizzyklus und eine Polymerrekristallisation im Abkühlzyklus waren deutlich sichtbar (Abb. 5a). Beides ist typisch für teilkristalline Thermoplaste wie LDPE.

Thermische DSC-Analyse von MP-Harzpellets von einem Strand im Nationalpark Wadi el Gemal, Ägypten, und vom Wrack der SS Hamada im Roten Meer. (a) Durchschnitt von zehn DSC-Kurven für jede Probenstelle. Je höher der Schmelzpeak in den Heizläufen ist, desto höher ist der Kristallisationsgrad. (b) Die Kristallinität des gestrandeten MP war höher als die der Pellets aus dem Wrack. Die Werte werden als Mittelwert ± Standardabweichung für n = 10 Wiederholungen angegeben.

Beim zweiten Aufheizdurchlauf wurde eine Verschiebung des Glasübergangsbereichs festgestellt. Dies wurde wahrscheinlich durch die Verdunstung von Weichmachern verursacht. Deutlichere Schmelzpeaks im zweiten Heizzyklus deuten auf eine erhöhte Reinheit des Polymers hin. Die verringerte Fläche unter den Gipfeln lässt auf eine Abnahme der Masse schließen. Die Kristallinität war bei MP-Harzpellets vom Strand höher als bei denen aus dem Wrack, mit einem mittleren Unterschied von 2,93 % (95 % KI [0,92 %, 4,94 %], Welchs zweiseitiger t-Test: t(10) = 3,252, p = 0,009, Abb. 5b).

Die Gelpermeationschromatographie (GPC) ermöglicht die Trennung von Makromolekülen nach ihrer Größe. Daraus lässt sich die Verzweigungslänge von Monomeren entweder durch die nach Zahlen gewichtete durchschnittliche Molmasse (Mn) oder durch die Masse (Mw) beschreiben. Da kein unberührtes Material verfügbar war, wurden die Daten mit zuvor veröffentlichten Ergebnissen verglichen44.

Beachten Sie, dass MP vom Strand aufgrund vernetzter Polymerketten nicht vollständig aufgelöst werden konnte und die Messung daher nicht für eine quantitative Analyse verwendet werden konnte. Selbst nach Verlängerung der Lösung von 2 Stunden bei 150 °C auf 120 Stunden unter Standardbedingungen konnte MP vom Strand nicht im 1,2,4-Trichlorbenzol-Elutionsmittel gelöst werden. Stattdessen sind gestrandete MP angeschwollen und bis zum Ende des Auflösungstests deutlich sichtbar.

Für MP aus dem Wrack SS Hamada war Mn kleiner als Mw mit einem Verhältnis von etwa 1:3 (46,85 ± 9,78 kg mol-1 und 124,80 ± 20,06 kg mol-1, Mittelwert ± Standardabweichung; Abb. 6). Im Vergleich zur Referenz war Mn für MP aus dem Wrack um -23,85 kg mol-1 kleiner (95 % KI [-50,50 kg mol-1, 2,80 kg mol-1], Welchs zweiseitiger t-Test: t(5). ) = -2,277, p = 0,070), während Mw um 15,20 kg mol-1 größer war (95 % KI [-73,36 kg mol-1, 103,76 kg mol-1], Welchs zweiseitiger t-Test: t(8 ) = 0,395, p = 0,703).

GPC-Ergebnisse zur Untersuchung des Kunststoffabbaus auf molekularer Ebene. Wir haben (a) das Zahlenmittel der Molmasse (Mn) und (b) das Massenmittel der Molmasse (Mw) von MP-Harzpellets aus dem Wrack der SS Hamada im Roten Meer bestimmt. Hier werden keine Daten für MP-Harzpellets vom Strand angezeigt, da es unmöglich war, Partikel aufzulösen. Referenzdaten für LDPE wurden der Literatur entnommen44. Die Werte werden als Mittelwert ± Standardabweichung für n = 5 Wiederholungen im Falle von MP aus dem Wrack der SS Hamada und n = 6 für Referenzdaten angegeben.

Da sich die Molekulargewichtsverteilung und der Grad der Langkettenverzweigung während der Bewitterung von Kunststoffen unter unterschiedlichen Umweltbedingungen leicht veränderten, könnte dies auch Auswirkungen auf rheologische Messungen gehabt haben.

Wrackproben zeigten eine S-förmige Kurve mit einem Newtonschen Plateau bei niedrigen Frequenzen, gefolgt von einem Abfall der Schergeschwindigkeit (Abb. 7a). Gestrandetes MP zeigte eine viel höhere komplexe Viskosität bei niedrigen Frequenzen und eine Null-Scherviskosität (η0). Im Gegensatz dazu zeigten Proben vom Strand bei mittleren bis hohen Frequenzen eine fünfmal niedrigere komplexe Viskosität als MP aus dem Wrack der SS Hamada (300 Pa bzw. 1500 Pa). Darüber hinaus wurde kein strukturviskoses Verhalten beobachtet.

Rheologische Eigenschaften von MP-Harzpellets von einem Strand im Nationalpark Wadi el Gemal, Ägypten, und dem Wrack der SS Hamada im Roten Meer. MP aus dem Wrack zeigte ein für unberührtes PE typisches Verhalten, während gestrandete Pellets eine komplexere Mikrostruktur aufwiesen. (a) Log-log-skalierte komplexe Viskosität |η*| (Gl. 2). Ein Newtonsches Plateau bei niedrigen Frequenzen wurde ausschließlich für MP im Wrack gefunden. (b) Speichermodul G´ (Kreise) und Verlustmodul G´´ (Dreiecke) auf einer Log-Log-Skala. G´ war konstant höher als G´´ bei Pellets aus dem Wrack, was typisch für makelloses LDPE ist. Bei gestrandetem MP wurde das Gegenteil beobachtet. Dies deutet auf eine komplexere Mikrostruktur hin. (c) Verlusttangenten tan δ war bei gestrandeten Pellets immer kleiner als eins (durchgezogene Linie) und bei MP aus dem Wrack höher als eins. Beachten Sie die logarithmische Skala auf der x-Achse.

Speicher (G′) und Verlustmodul (G″) sowie Verlusttangenten (tan δ = G''/G′) sind alle lineare viskoelastische Funktionen, die empfindlicher auf Änderungen in der Länge und Höhe der Vernetzung reagieren aus PE-Kette. MP aus dem Wrack der SS Hamada zeigte ein vorherrschendes viskoses Verhalten (G'' > G′) und Werte für tan δ größer als eins (Abb. 7b und c). Darüber hinaus konnte bei hohen Frequenzen ein Kreuzungspunkt zwischen G′ und G'' mit einem tan δ-Wert von eins erkannt werden. Im Gegensatz dazu waren die Kurven des gestrandeten MP deutlich flacher und G' war durchweg höher als G''. Im Vergleich zu MP aus dem Wrack hatten sowohl G' als auch G'' höhere Werte bei niedrigen Frequenzen und niedrigere Werte bei hohen Frequenzen. Darüber hinaus zeigten die Strandproben einen tan δ-Wert von weniger als eins und auch ein Minimum bei niedrigen bis mittleren Frequenzen (Abb. 7c).

Insgesamt war der Abbau von MP-Harzpellets bei Proben vom Strand deutlich weiter fortgeschritten (Ergänzungstabelle S3 online). Sie zeigten typische Anzeichen von plastischem Abbau von der molekularen Ebene bis hin zu morphologischen Veränderungen, während bei Partikeln aus dem Inneren des SS Hamada-Wracks fast alles davon fehlte. Bemerkenswerterweise zeigten Strandproben eine Vernetzung der Kettenzweige, eine höhere Kristallinität, eine Reihe rheologischer Eigenschaften, die für unberührtes LDPE untypisch sind, eine viel höhere Anzahl von Oberflächenrissen, die zu einem komplexen Rissnetzwerk führten, und schließlich ein höheres Ausmaß an Fragmentierung.

Um vergleichende Langzeitanalysen zum Kunststoffabbau mit Kunststoffen bekannten Alters durchzuführen, sind die MP-Harzpellets der SS Hamada ein weiteres großartiges Untersuchungsobjekt. Hier kann das Datum des Untergangs und damit der Zeitpunkt, zu dem MP in die Meeresumwelt gelangte, auf den Tag genau bestimmt werden. Darüber hinaus ist die Verwitterungsgeschichte für MP im Inneren des Wracks gut dokumentiert. Diese Informationen bleiben im Fall gestrandeter Pellets lückenhaft, bis neue Methoden verfügbar sind38. Dennoch liefert die PE-MP-Belastung der SS Hamada präzise und aussagekräftige Daten zur Umweltzerstörung von Kunststoffen, die anderen Untersuchungen bisher fehlen. Am prominentesten sind hierbei LEGO®-Steine, deren Alter jedoch nur auf einen Zeitraum von einem ganzen Jahrzehnt begrenzt werden kann39. Sie bestehen außerdem aus Acrylnitril-Butadien-Styrol, einem Polymertyp, der in der Industrie selten verwendet wird. Im Gegensatz dazu beträgt der Marktanteil von LDPE und HDPE insgesamt 36,3 %, was bedeutet, dass sie die am häufigsten produzierten Kunststoffe weltweit sind45. Daher sind die genau datierten MP der SS Hamada repräsentativer für einen sehr großen Anteil an Kunststoffen, die in die Meeresumwelt gelangen.

Vergleichsmessungen bestätigten unsere Hypothese, dass gestrandete MP stärker verwittert sind als diejenigen im dunklen Wasser im Wrack. MP am Strand zeigte deutliche morphologische Veränderungen, die in diesem Lebensraum häufig vorkommen46,47,48,49, was darauf hindeutet, dass es sich um ein allgemeines Muster handelt36. Insbesondere zeigte nur gestrandetes MP ein gewisses Maß an Vergilbung, die entweder durch das Ausbleichen von Pigmenten, den Zerfall von Stabilisatoren oder das Polymer selbst verursacht wurde37. Eine weitere typische Beobachtung sind Schuppen, die als Keimpunkte für Risse fungierten, die sich zur Mitte des gestrandeten MP hin ausdehnten und zur Bildung eines komplexen Netzwerks führten46. Dieser Prozess wurde durch eingearbeitetes Meersalz oder andere biogene Mineralien beschleunigt, die die Reibungskräfte erhöhen und die Reaktionsbedingungen verändern39. Im Gegensatz dazu könnte die erhöhte Kristallinität von gestrandetem MP die Rissausbreitung und den Kunststoffabbau im Allgemeinen verlangsamt haben50,51. Beachten Sie, dass der Anstieg der Kristallinität irgendwann stagniert, da Sauerstoff nicht in die kristallinen Phasen halbkristalliner Polymere wie LDPE36 eindringen kann. Nur amorphe Phasen können sich im Gehäuse neu anordnen. Risse breiten sich aus37, bis sie Hohlräume erreichen, was nach Einwirkung mechanischer Kraft durch Wellen oder Wildtiere zu einer MP-Fragmentierung führt48. Infolgedessen könnten sekundäre MP < 300 µm mit unregelmäßiger Form und sogar Nanoplastik in großen Mengen freigesetzt werden48.

Sowohl Nanoplastik als auch MP können sich negativ auf die Meeresumwelt auswirken. Beispielsweise erhöht die hohe Bedeckung des Strandes die Durchlässigkeit von Sedimenten und verringert die Wärmeübertragung52. Dies kann biogeochemische Prozesse, Nährstoffkreisläufe und Temperaturprofile auf bisher unbekannte Weise beeinflussen. Deshalb fördern wir Strandsäuberungsaktivitäten, um die gefährdeten Ökosysteme im Nationalpark Wadi el Gemal zu schützen.

Meistens haben wir MP mit einer glatten Form beobachtet. Darüber hinaus wurde nach 26 Jahren kein Unterschied in der Partikelgröße und im Massenverlust festgestellt. Auch die Witterungseinflüsse hatten keinen Einfluss auf die Partikelgröße von LEGO®-Steinen, die vier bis fünf Jahrzehnte in Meeresumgebungen ruhten39. Allerdings zeigten diese Kunststoffe auf Acrylnitril-Butadien-Styrol-Basis einen mittleren Massenverlust von 18,3 % mit einer Spanne zwischen 2,88 und 39,80 %39. Dies ist viel höher als der durchschnittliche Massenverlust von 0,57 %, den wir für LDPE gemessen haben. Beachten Sie, dass der durchschnittliche MP-Massenverlust im Wrack als Basiswert gewählt wurde, da kein relevanter Massenverlust zu erwarten war51. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Massenverlust eine Funktion der Polymerart und der Zeit ist, aber nicht unbedingt einen Einfluss auf die Partikelgröße hat.

Sowohl die Ergebnisse zur Partikelgröße als auch zur Partikelmasse deuten darauf hin, dass es selbst am Strand selten zu Fragmentierung kam. Allerdings sind mechanische Abschürfungen an den Seiten der Pellets im Wrack eine bemerkenswerte Quelle für sekundäre MP. Eine solche Oberflächenverschlechterung könnte durch die hohe Mobilität der Pellets in der Wassersäule verursacht werden48.

FTIR bestätigte den optischen Eindruck, dass gestrandetes MP schneller abgebaut wurde. Sie zeigten eine veränderte Valenzschwingung im Fingerabdruckbereich. Überraschenderweise änderte sich sowohl das Ausmaß der Carbonylgruppen als auch der Hydroxylgruppen während der Umweltbewitterung nicht36. Dies könnte durch einen Mangel an Chromophoren in PE erklärt werden. Daher ist der Photoabbau im Vergleich zu anderen synthetischen Polymeren weniger relevant35. Außerdem ist die Photooxidation auf die oberen 100 µm53 beschränkt, sodass wir nicht ausschließen können, dass es nicht möglich war, Reaktionsprodukte im Inneren des Partikels zu messen. Zukünftige Studien sollten daher Techniken zur Entfernung von Biofilmen aus gestrandetem MP sorgfältig anwenden. Pellets im Wrack zeigten keine spektralen Anomalien. In diesem Küstengebiet dringt nur ein vernachlässigbarer Anteil der UV-Strahlung bis in 18 m Tiefe vor, sodass keine Photooxidation ausgelöst werden kann36,54.

Der unveränderte Fingerabdruckbereich im IR-Spektrum von MP im Wrack ging mit keinem wesentlichen Unterschied in der Molekulargewichtsverteilung im Vergleich zur Referenz und folglich in seiner Molekülstruktur einher. Es besteht jedoch Raum für Unsicherheit, da die genauen Eigenschaften im Fall des makellosen MP der SS Hamada unbekannt waren. MP aus dem Wrack verhielt sich wie makelloses PE, ein strukturviskoses Polymer. Es zeigte ein Newtonsches Plateau bei niedrigen Frequenzen, ein strukturviskoses Verhalten, ein vorherrschendes viskoses Verhalten (G'' > G′) und Werte für tan δ größer als eins.

Im Gegensatz zu diesen unveränderten rheologischen Eigenschaften der Pellets aus dem Wrackinneren entwickelte das gestrandete MP eine komplexere Mikrostruktur. Einerseits zeigten diese Pellets eine Zunahme langkettiger Verzweigungen und Vernetzungserscheinungen, was auf Veränderungen in der chemischen Struktur zurückzuführen war37. Erstens zeigten sie kein Newtonsches Plateau und eine hohe komplexe Viskosität bei niedrigen Frequenzen, was charakteristisch für viskoelastische Feststoffe ist. Zweitens waren die Partikel bei der Vorbereitung für die GPC angeschwollen und die Strandprobe konnte aufgrund von Vernetzungen in den Molekülketten nicht in 1,2,4-Trichlorbenzol gelöst werden. Die Unlöslichkeit von gestrandetem MP wird durch rheologische Untersuchungen bestätigt. Drittens zeigten die Strandproben einen tan δ-Wert von weniger als eins mit einem Minimum bei niedrigen bis mittleren Frequenzen, was ebenfalls auf verbesserte relative elastische Reaktionen hinweist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Rheologie ausreichende Beweise dafür lieferte, dass sich die Zweige des MP-Polymers verlängerten. Andererseits kam es gleichzeitig zu Kettenspaltungen. Sowohl die Kettenlänge als auch die Molmasse der Polymerketten wurden reduziert. Dies wird durch einen Anstieg der komplexen Viskosität |η*| angezeigt und das entsprechende Strukturviskositätsverhalten. Die niedrigere komplexe Viskosität bei hohen Frequenzen weist auf ein niedrigeres Molekulargewicht der Ketten hin. Die Ergebnisse der Untersuchung des Speichermoduls und des Verlustmoduls unterstützen dies. Beachten Sie, dass eine Freisetzung von Mono- und Oligomeren toxische Wirkungen haben kann36.

Obwohl wir einige Kettenspaltungen beobachteten, ist es unwahrscheinlich, dass der biologische Abbau eine wesentliche Rolle beim Zerfall der MP-Harzpellets der SS Hamada spielte. Dafür muss Mn Werte um 0,5 kg mol-1 erreichen, damit Mikroben PE mineralisieren können, MP aus dem Wrack überschritt diesen Grenzwert jedoch um das Hundertfache34. Daher sind abiotische Faktoren, also UV-Strahlung, Wind-, Wellen- und Gezeiteneinwirkungen, die grundlegenden Treiber des Plastikabbaus35.

Zusammenfassend liefern wir weitere Beweise dafür, dass gestrandete MP schneller abgebaut werden als solche in den Ozeanen. Die Haupteinflussfaktoren sind Photooxidation und mechanische Kräfte mit nachfolgenden Auswirkungen auf alle Strukturebenen der MP-Physiochemie. MP-Harzpellets der SS Hamada sind Hilfsobjekte zur Untersuchung des Abbaus von Kunststoffen mit bekanntem Alter in der Umwelt. Unsere Studie liefert erste Daten zur Verwitterung von MP der SS Hamada. Zukünftige Langzeituntersuchungen sollten sowohl Aufschluss über die vage beschriebenen Mechanismen des Kunststoffzerfalls als auch über die Zeitskalen geben, in denen morphologische, chemische und rheologische Veränderungen in MP auftreten.

Zur Probenahme von MP unter Wasser wurde Gerätetauchen gemäß den Sicherheitsstandards durchgeführt. Unter Wasser ermöglichen tauchergestützte Methoden genaue Beobachtungen, Dokumentation und präzise Probenentnahme vor Ort. Darüber hinaus wurden die standardmäßigen wissenschaftlichen Tauchmethoden von SCUBA, einschließlich Unterwasserfotodokumentation (TG4, Olympus, Japan) und das spezielle Protokoll für die Probenahme (Stuttgart-Protokoll) verwendet55. Eine Probe wurde aus dem Inneren des Frachtraums des Wracks entnommen, was als repräsentativ angesehen werden kann, da die MP-Harzpellets an dieser Probenstelle ständig im Fluss sind und somit homogen verteilt sind. Nach dem Tauchgang wurden MP aus dem Wrack im Schatten getrocknet. MP-Proben vom Strand wurden nach dem Zufallsprinzip an fünf verschiedenen Stellen gesammelt, zu einer repräsentativen Mischprobe zusammengefasst und vom Sand gereinigt. Alle Proben wurden in Falcon-Standardröhrchen (50 ml) gelagert. Seit 1993 wurden im Nationalpark Wadi el Gemal keine weiteren Fälle von Pelletverlusten registriert, sodass gesichert ist, dass ausschließlich MP-Harzpellets aus der SS Hamada untersucht wurden.

Fourier-Transformations-Infrarotspektren (FTIR) von MP-Harzpellets (Strand: 2 Partikel, Wrack: 3 Partikel) und Hintergrund wurden im Transmissionsmodus mit insgesamt 32 Scans, einer Auflösung von 4 cm−1 und einem Wellenzahlbereich von aufgezeichnet 4000–400 cm-1 (Lumos FTIR-Spektroskop, Bruker Optik GmbH, Ettlingen, Deutschland). Zur besseren Übersichtlichkeit wurde die Aufnahme von CO2 und H2O-Dampf in der Umgebungsluft automatisch reduziert. OPUS 7.2 wurde zum Erfassen und Analysieren von Daten verwendet und die Identifizierung von Polymeren erfolgte durch Vergleich mit einer Bibliothek von Standardspektren. Die Übereinstimmungen zwischen diesem und den Probenspektren wurden mit Pearsons r ausgewertet. Ein genauerer Blick auf die Spektren zeigte deutlich, dass es keinen einfachen Beweis für eine Photooxidation gab. Daher wurden der Hydroxylindex (3400–3300 cm-1) und der Carbonylindex (1810–1550 cm-1 und bei 700 cm-1 bis 750 cm-1) berücksichtigt. Die Carbonyl- und Vinylgruppen werden in vielen Fällen als die wichtigsten Photooxidationsprodukte von PE angesehen und daher häufig als Parameter zur Bewertung der Alterung von PE56,57 verwendet. Die IR-Spektren der Oberflächenmessungen zeigten eine starke Überlagerung durch Biofouling (ergänzende Abbildung S1 online). Teilweise waren die Überlappungen so stark, dass keine Absorptionsbanden erkennbar waren. So wurden Messungen nicht nur an der Probenoberfläche durchgeführt, sondern auch aus dem Inneren der Probe nach dem Halbieren der Partikel.

Z-Stapel wurden im Hellfeldmodus mit einem digitalen 3D-Lichtmikroskop aufgenommen, um die MP-Morphologie zu untersuchen (KEYENCE VHX 7000, Objektiv: E20; KEYENCE DEUTSCHLAND GmbH, Neu-Isenburg, Deutschland). Für Seitenansichten wurden MP-Harzpellets mit einem Skalpell vertikal in zwei Hälften geschnitten. Die Panels wurden mit FigureJ 1.39 in FIJI ImageJ 1.53c58,59 erstellt.

Mikrofokus-Computertomographie (µCT)-Übersichtsscans wurden mit einem hochauflösenden µCT-System durchgeführt (n = 130 Pellets vom Strand bzw. n = 483 Pellets vom Wrack; v|tome|x L, GE Sensing & Inspection Technologies GmbH, Wunstorf). , Deutschland) bestehend aus einer Mikrofokus-Röntgenröhre mit einer maximalen Beschleunigungsspannung von 240 kV und einem 16-Bit-Flachdetektor (aktive Fläche 2348 × 2348 Pixel bei 200 µm pro Pixel).

Die µCT-Scans der einzelnen Pellets vom Strand wurden mit einem hochauflösenden µCT-System (Nanotom, GE Sensing & Inspection Technologies GmbH, Wunstorf) durchgeführt, bestehend aus einer Nanofokus-Röntgenröhre mit einer maximalen Beschleunigungsspannung von 180 kV und einem 12 -Bit-Flachbildschirmdetektor (aktive Fläche 2348 × 2348 Pixel bei 50 µm pro Pixel).

Die µCT-Scanparameter sind in der Online-Ergänzungstabelle S1 zusammengefasst. Die so gewonnenen 2D-Röntgenbilder wurden mit einem speziellen Rekonstruktionsalgorithmus namens Filtered Back Projection rekonstruiert, der im Rekonstruktionsmodul datos|x des CT-Systemherstellers integriert ist. Die µCT-Daten wurden mit den Softwarepaketen VGStudioMax 3.2 (Volume Graphics, Heidelberg, Deutschland) und Avizo 9.7 (Thermo Fisher Scientific, Merignac, Frankreich) visualisiert und analysiert.

Verteilungen der Partikelgrößen- und Formdeskriptoren wurden aus 3D-rekonstruierten µCT-Daten erhalten. Die Partikelgröße wurde als Durchmesser einer Kugel mit dem gleichen Volumen wie das MP-Partikel ausgedrückt. Es wurden drei verschiedene Formdeskriptoren berechnet, die alle relevanten Formmerkmale charakterisieren. Die Rundheit der Partikel wurde durch den isoperimetrischen Formfaktor f1 gemessen

wobei A die Fläche und V das Volumen der MP-Partikel ist. Je näher f1 an eins liegt, desto mehr MP entspricht die Form einer perfekten Kugel. Das Seitenverhältnis wurde durch Dehnung gemessen. Das heißt, das Verhältnis zwischen der kleinsten und der längsten Dicke eines Teilchens. Bei länglichen Objekten wie Fasern liegt die Dehnung nahe bei eins. Die Ebenheit erreicht bei flachen Objekten Werte nahe eins. Für eine harmonisierte Berichterstattung wurden alle drei Formdeskriptoren auf einen Bereich zwischen null und eins60 skaliert.

Die MP-Farbe wurde mit einem RAL-F2-Blatt (RAL gGmbH, Deutschland, Bonn) als Referenz für jeweils n = 100 Strand- und Wrack-MP-Harzpellets bestimmt.

Außerdem wurde die Masse n = 100 MPs mit einer Analysenwaage bestimmt (sd ≤ ± 0,0001, Sartorius analytic A 120 S, Sartorius AG, Göttingen, Deutschland).

Um das thermische Verhalten von MP-Partikeln zu untersuchen, wurde Differential Scanning Calorimetry (DSC) durchgeführt (DSC 204 Phoenix, Netzsch, Selb, Deutschland). Zehn Proben von etwa 10 mg wurden gewogen, in DSC-Tiegeln aus Aluminium versiegelt und in die DSC-Zelle gegeben. Die Proben wurden unter einer Stickstoffatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 10 °C min-1 von -50 °C auf 170 °C erhitzt, wobei für jede Probe zwei Zyklen durchgeführt wurden. Die Kristallinität der Materialien wurde unter Verwendung einer Schmelzwärme von 293 J g-1 für 100 % kristallines PE berechnet.

Zur Bestimmung der Molekülverteilung wurde das Polymer mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) analysiert. Daher wurden fünf MP von jeder Probenstelle in 1,2,4-Trichlorbenzol bei 150 °C gelöst. Alle GPC-Daten wurden mit einem Hochtemperatur-GPC-System aufgezeichnet, das mit Lichtstreuungs-, Differentialbrechungsindex- und Viskosimeterdetektoren ausgestattet ist (PL-GPC 220, Agilent Technologies, Inc., Santa Clara, Vereinigte Staaten von Amerika). Die Erkennung erfolgte durch einen statischen Multi-Angle-Lichtstreudetektor (Wyatt Dawn Heleos, Santa Barbara, Vereinigte Staaten von Amerika). Mit diesem Ansatz wurden absolute Molekulargewichte ermittelt. Da kein unbelichtetes Material gemessen werden konnte, wurden Daten von „Raw PE“ von ter Halle und Kollegen44 aus den Tabellen SI 8A und SI 9A extrahiert und als Referenz für die anschließende Analyse verwendet.

Durch Witterungseinflüsse kann das Ausmaß der langkettigen Verzweigung von Polymeren zunehmen61. Dies verringert die Kettenmobilität, was zu einer Änderung der rheologischen Eigenschaften führt56,57,62. Daher führten wir eine rheologische Charakterisierung im Scherfluss mit einem Platte-Platte-Rheometer (Rhemetrics DHR 200-D, TA Instruments, Hüllhorst, Deutschland) im Oszillationsmodus durch. Frequenzdurchläufe wurden bei 200 °C unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt, während der Spalt der Platten auf 1 mm eingestellt war. Dynamisch-mechanische Experimente wurden in einem Frequenzbereich von 100 bis 0,1 rad s−1 durchgeführt. LDPE, ein strukturviskoses Polymer, zeigt bei niedrigen Frequenzen normalerweise ein Newtonsches Plateau, gefolgt von einem strukturviskosen Abfall. Dieses Verhalten kann mit dem Carreau-Modell beschrieben werden

wobei |η*| ist die komplexe Viskosität, η0 ist die Nullviskosität, λ ist eine Zeitkonstante, deren Kehrwert ungefähr der obigen Frequenz entspricht, und s ist ein Parameter, der die Steigung des Strukturviskositätsbereichs beschreibt. Darüber hinaus wurden der Speichermodul G' und der Verlustmodul G'' aufgezeichnet und der Verlustfaktor berechnet als

Die gesamte Datenanalyse wurde mit R 4.1.1 und RStudio 1.4.1717 durchgeführt (Informationen zu den verwendeten Paketen finden Sie in der Ergänzung). Um Unterschiede zwischen den Probenstandorten zu testen, wurden die zweiseitigen t-Tests von Welch mit einem Signifikanzniveau von \(\alpha\) = 0,05 berechnet. Die Funktion „tsum.test“ aus dem BSDA 1.2.063-Paket sollte statistisch signifikante Unterschiede in den GPC-Daten bewerten, da für die Referenz nur zusammenfassende Statistiken bereitgestellt wurden. Es wurde allgemein davon ausgegangen, dass mögliche Abweichungen von der Normalität keinen Einfluss auf die Leistung des t-Tests haben64. Die nicht standardisierte Effektgröße wurde als Differenz der Mittelwerte und ihres jeweiligen 95 %-Konfidenzintervalls ausgedrückt.

Die während der aktuellen Studie generierten und analysierten Datensätze sind im Open Science Framework-Repository unter osf.io/9jxzs verfügbar.

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Wir danken Ulrich Fritz von der Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik, für technische Unterstützung bei der dynamischen Differenzkalorimetrie, Laura Plüschke, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden, für die Durchführung der Gelpermeationschromatographie, Kalman Geiger von der Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik, für die ausführliche Diskussion der rheologischen Ergebnisse und Iris A. Schnepf für ihr wertvolles Feedback zu einem frühen Entwurf des Manuskripts.

Open-Access-Förderung ermöglicht und organisiert durch Projekt DEAL.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Franz Brümmer und Uwe Schnepf.

Institut für Biomaterialien und Biomolekulare Systeme, Forschungsbereich Biodiversität und Wissenschaftliches Tauchen, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70569, Stuttgart, Deutschland

Franz Brümmer, Uwe Schnepf & Rahma Abdi

Institut für Kunststofftechnik IKT, University of Stuttgart, Pfaffenwaldring 32, 70569, Stuttgart, Germany

Julia Resch & Christian Bonten

Wissenschaftliche Tauchgruppe Universität Stuttgart (WiTUS), Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70569, Stuttgart, Deutschland

Franz Brümmer & Ralph-Walter Müller

Institut für Struktur und Design DE, Deutsches Institut für Luft- und Raumfahrt (DLR), Pfaffenwaldring 38 - 40, 70569, Stuttgart, Deutschland

Raouf Jemmali

Beluga Egypt, 32 Bahaa Eldin Elghatwary St, Semoha, Wohnung 1203 im 12. Stock, Alexandria, Ägypten

Hisham Mostafa Kamel

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FB und R.-WM führten die wissenschaftlichen Tauchgänge zur Probenahme sowohl unter Wasser als auch am Strand durch; R.-WM, FB, HMK und US haben die Studie konzipiert; Die USA verwalteten die verschiedenen wissenschaftlichen Untersuchungen, FB, RJ, CB, HMK, R.-WM stellten Ressourcen zur Verfügung; USA, JR und RJ führten die Experimente durch; US, FB, JR, RJ und RA analysierten, interpretierten und diskutierten die Ergebnisse offiziell; Die USA visualisierten und kuratierten die Daten; FB und CB waren für die Aufsicht zuständig; US, FB, RF, RA und JR haben den Originalentwurf verfasst und alle Autoren haben das Manuskript überprüft, diskutiert und bearbeitet.

Korrespondenz mit Franz Brümmer.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Brümmer, F., Schnepf, U., Resch, J. et al. In-situ-Labor für Plastikabbau im Roten Meer. Sci Rep 12, 11956 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-15310-7

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Eingegangen: 22. April 2022

Angenommen: 22. Juni 2022

Veröffentlicht: 13. Juli 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-15310-7

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