Universität zu Köln

Flüsse sind dafür bekannt, Mikroplastik und andere Schadstoffe zu transportieren und teilweise in ihre Flussbettsedimente abzulagern. Wenn der Wasserpegel steigt, können Flüsse abgelagertes Mikroplastik remobilisieren und mit dem Überfluten der Ufer und der angrenzenden Auen wieder ablagern. Daher sind Auen der Mikroplastikablagerung durch Überflutungen ausgesetzt. Die daraus resultierende Mikroplastikhäufigkeit in Auenböden, wie auch die laterale und vertikale Mikroplastikverteilung, ist noch nicht vollständig erforscht. Daher wurden in dieser Thesis drei Rheinauen in Köln (Deutschland) analysiert, um drei zentrale Forschungsfragen zu beantworten. (I): Wie verteilt sich Mikroplastik lateral in den Rheinauen? (II): Filtert die Wiesenvegetation Mikroplastik bei Hochwasser heraus? (III): Wie verteilt sich Mikroplastik in Auenböden und kann Mikroplastik vertikal transportiert werden? Um das laterale Verteilungsmuster von Mikroplastik zu verstehen (I), analysierten wir die Auentopografie und die daraus resultierenden Hochwasserhäufigkeiten, um diese mit den gefundenen Mikroplastikzahlen im Auenboden in Beziehung zu setzen. Im Detail analysierten wir das Mikroplastik mit Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) und Pyrolyse-Gaschromatographie / Massenspektroskopie (Pyrolyse GC/MS), um die Anzahl der Mikroplastikpartikel und ihre Massenkonzentrationen zu ermitteln. Um einen Filtereffekt der Auenvegetation auf Mikroplastik im Flutwasser zu bewerten, nahmen wir nach einem Hochwasserereignis Vegetationsproben und Proben, der abgelagerten Sedimente auf der Vegetation. Um einen Vergleich zu ermöglichen, bestimmten wir die oberirdische Vegetationsbiomasse und analysierten das gefundene Mikroplastik mittels FTIR-Spektroskopie. Schließlich haben wir zur Untersuchung der vertikalen Mikroplastikverteilung und deren Transport ein 1,1 m tiefes Bodenprofil beprobt. Durch die optische Lumineszenzdatierung (OSL), können wir das Sedimentablagerungsalter von grobem Quarz bestimmen. Um den vertikalen Transport zu analysieren, wurde das gefundene Mikroplastik mit FTIR-Spektroskopie analysiert und die daraus resultierende vertikale Mikroplastikverteilung mit den Ablagerungsaltern im Bodenprofil in Beziehung gesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die laterale Verteilung von Mikroplastik durch die lokale Topografie, die Überschwemmungshäufigkeit und die Vegetationsbedeckung beeinflusst wird. Dies führte zu niedrigeren Mikroplastikzahlen und Massenkonzentrationen an den Flussufern (3.300—20.876 Mikroplastik kg−1 und 9,7—110,9 mg kg−1 ) und Anreicherungen in den Senken der Überschwemmungsgebiete (8.516—70.124 Mikroplastik kg−1 und 46,2—141,6 mg kg−1). Außerdem deutet unsere Analyse auf einen Filtereffekt von Mikroplastik aus dem Hochwasser durch eine zunehmende Vegetationsbiomasse hin. Insbesondere können wir die atmosphärischen und fluvialen Ablagerungen in Bezug auf Anzahl, Form und Größe von Mikroplastik unterscheiden. Dieser fluviale Mikroplastikeintrag (1.220—44.054 Mikroplastik m−2) kann potenziell in den Boden der Überschwemmungsgebiete eindringen und trägt teilweise zum Mikroplastikbudget bei. Wir fanden Mikroplastik im gesamten 1,1 m tiefen Bodenprofil und eine Anreicherung von 798.141 Mikroplastik kg−1 in einer Tiefe von 38—45 cm. Darüber hinaus ergab das Sedimentablagerungsalter, dass die ersten 20 cm Bodentiefe ein Alter aus den 1950er Jahre aufweist. Folglich, deutet dies auf einen vertikalen Transport von Mikroplastik durch präferenzielle Fließwege und Bioturbation durch Regenwürmer hin. Diese Forschungsarbeit trug zum Verständnis der lateralen und vertikalen Mikroplastikverteilung und des Mikroplastiktransports in Überschwemmungsgebieten bei, die an der Schnittstelle zwischen terrestrischen und aquatischen Ökosystemen liegen. Diese Überschwemmungsgebiete sind von Mikroplastikanreicherungen betroffen und bieten eine Grundlage für zukünftige ökologische Risikobewertungen.

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