Wind, Klärschlamm und gereinigtes Abwasser tragen Reifenabriebpartikel von den Straßen auf Ackerflächen. Eine neue Laborstudie zeigt: Die in den Partikeln enthaltenen Schadstoffe könnten in das dort angebaute Gemüse gelangen. Forscher*innen des Zentrums für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft der Universität Wien haben untersucht, ob aus Reifen freigesetzte Chemikalien in Salatpflanzen gelangen und letztlich auf unseren Tellern landen könnten. Ihre Analysen ergaben: Der Salat nahm alle untersuchten chemischen Verbindungen – einige davon hochgiftig – auf. Weitere Untersuchungen sollen zeigen, wie dieser Prozess konkret in Ackerböden abläuft. Die Studie ist nun in der internationalen Fachzeitschrift Environmental Science & Technology erschienen.
Autofahren erzeugt Reifenabrieb, der mit dem Wind in die Umwelt geweht und vom Regen in Flüsse und Abwässer geschwemmt wird – insgesamt etwa 1 kg pro Einwohner*in und Jahr. Über die Atmosphäre, Abwasser und mit dem Klärschlamm, der in der Landwirtschaft als Düngemittel eingesetzt wird, können die Reifenpartikel auf Ackerböden gelangen. Dort können potenziell schädliche Chemikalien aus dem Reifen in die Umwelt wandern. Reifenabriebpartikel und andere Arten von Mikroplastik enthalten Zusatzstoffe, so genannte Additive, die für bestimmte Eigenschaften, wie Fahreigenschaften und die Haltbarkeit sorgen. In Böden geben die kleinen Kunststoff- oder Reifenpartikel ihre Schadstoffe meist in oberen Bodenschichten frei – das haben frühere Untersuchungen des Forschungsteams um Umweltgeowissenschafter Thilo Hofmann von der Universität Wien ermittelt. In ihrer aktuellen Studie beleuchten die Forscher*innen, ob die Schadstoffe von dort in Nutzpflanzen wandern könnten.
Salatpflanzen nehmen giftige Verbindungen fortwährend aus Reifenabriebpartikeln auf
"Reifenabriebpartikel enthalten eine Reihe von organischen Chemikalien, von denen einige hochgiftig sind", erzählt Anya Sherman, Doktorandin am Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft und Co-Erstautorin der aktuell veröffentlichten Studie. Thilo Hofmann, Leiter der Forschungsgruppe, ergänzt: "Wenn diese Chemikalien in der Wurzelzone essbarer Pflanzen freigesetzt werden, können sie für die Verbraucher*innen gesundheitlich bedenklich sein – vorausgesetzt, die Chemikalien werden von den Pflanzen aufgenommen."
Genau dieser Frage widmete sich das Forschungsteam in mehreren Experimenten. Die Umweltgeowissenschafter*innen setzten den Nährlösungen von Salatpflanzen fünf Chemikalien zu. Vier dieser Chemikalien – nicht alle davon wurden bereits als schädlich eingestuft – werden bei der Reifenherstellung verwendet. Die fünfte in der Studie verwendete Chemikalie ist ein Umwandlungsprodukt einer dieser vier Chemikalien. Das 6PPD-Umwandlungsprodukt 6PPD-Chinon entsteht, wenn Reifen in Gebrauch sind. Es ist nachweislich giftig: Die Chemikalie wurde etwa mit dem Massensterben von Lachsen in den USA in Verbindung gebracht. "Unsere Messungen zeigten, dass die Salatpflanzen alle von uns untersuchten Verbindungen über die Wurzeln aufnahmen, in die Salatblätter verlagerten und dort anreicherten", erzählt Sherman. Dies zeigte sich auch, wenn die Salatpflanzen den Chemikalien nicht direkt, sondern indirekt über das Reifengranulat ausgesetzt waren. "Die Salatpflanzen nehmen die potenziell schädlichen Chemikalien, die langfristig aus den Reifenabriebpartikeln freigesetzt werden, kontinuierlich auf", berichtet Thilo Hofmann.
Salat erzeugt Stoffwechselprodukte mit bisher nicht abschätzbarer Toxizität
Mittels hochauflösender Verfahren der Massenspektrometrie maßen die Wiener Umweltgeowissenschafter*innen nicht nur, in welchem Umfang die zuvor definierten Chemikalien in den Salatpflanzen landeten. Sie identifizierten auch die Stoffe, zu denen diese in der Salatpflanze verstoffwechselt wurden: "Die Pflanzen verarbeiteten die Stoffe und erzeugten dabei auch Verbindungen, die bisher nicht beschrieben wurden. Da wir die Toxizität dieser Stoffwechselprodukte nicht kennen, stellen sie eine nicht abschätzbare Gesundheitsgefahr dar", betont Thorsten Hüffer, Senior Scientist am Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft. Die vom Forschungsteam identifizierten Stoffwechselprodukte seien in der Pflanze recht stabil. Höchstwahrscheinlich blieben sie daher bis auf den Essensteller erhalten. "Im menschlichen Körper werden solche Verbindungen jedoch sehr leicht abgebaut. Wenn also jemand einen solchen kontaminierten Salat isst, könnten die ursprünglichen Chemikalien im Körper wieder freigesetzt werden," erklärt Sherman.
Nächster Schritt: Analyse der Prozesse in Bodensystemen und Gewässern
In weiteren Studien plant das Wiener Forschungsteam, den möglichen Weg der Reifenabriebschadstoffe von der Straße bis auf den Teller besser nachzuzeichnen. "Die von uns untersuchten Prozesse laufen in Bodensystemen vermutlich noch einmal anders ab. In einem nächsten Schritt schauen wir uns daher die mögliche Aufnahme der Reifenadditive durch Pflanzenwurzeln in natürlichen Böden an", berichtet Co-Autorin Ruoting Peng, die in ihrem Dissertationsprojekt einer noch breiteren Palette von Additiven in der Umwelt nachspürt und sich dabei auf die Belastung von Gewässern konzentriert. Um besser zu verstehen, wie solche Chemikalien in die Umwelt gelangen, generiert das Forschungsteam in einem laufenden Projekt in Zusammenarbeit mit dem CleanDanube-Projekt Daten über die Konzentration dieser Chemikalien entlang der Donau.
Mikroplastik in der Umwelt: Eine langfristige Schadstoffquelle
Das Forschungsinteresse der Gruppe richtet sich dabei gleichermaßen auf die Mengen und Mechanismen der Freisetzung sowie das Langzeitverhalten der Schadstoffe. Für eine kürzlich ebenfalls in Environmental Science & Technology veröffentlichte Studie analysierte das Team der Umweltgeowissenschaften, wie lange Mikroplastik Schadstoffe an die aquatische Umwelt abgibt. Dabei konzentrierten sie sich auf Phthalate – Zusatzstoffe, die vor allem bei der Herstellung von PVC verwendet werden, um für Flexibilität und Stabilität zu sorgen. "Diese Weichmacher sind bereits überall in der Umwelt nachgewiesen worden. Dennoch ist wenig darüber bekannt, wie sie aus Mikroplastik freigesetzt werden und wie die Umweltbedingungen die Freisetzung beeinflussen können", erklärt die Erstautorin der Studie, Charlotte Henkel. "Unsere Analysen haben gezeigt, dass das untersuchte PVC-Mikroplastik Phthalate über mehr als 500 Jahre in aquatische Systeme – also zum Beispiel Flüsse, Seen oder Grundwasser – abgeben kann." In welchem Ausmaß dies geschieht, hänge immer von den Umweltbedingungen ab. Dennoch, so Thilo Hofmann, zeige die Studie deutlich: "Ist Mikroplastik erst einmal in Gewässer gelangt, bleibt es eine Quelle für potenziell umweltschädliche Stoffe – im Fall der Phthalate sogar für sehr lange Zeit."
Publikation in Environmental Science & Technology:
"Uptake, metabolism and accumulation of tire wear particle-derived compounds in lettuce", Stephanie Castan*, Anya Sherman*, Ruoting Peng, Michael Zumstein, Wolfgang Wanek, Thorsten Hüffer, Thilo Hofmann; Environmental Science & Technology (2023)
DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c05660
*These authors contributed equally.
Weitere Publikation in Environmental Science & Technology:
"Polyvinyl Chloride Microplastics Leach Phthalates into the Aquatic Environment over Decades", Charlotte Henkel, Thorsten Hüffer, and Thilo Hofmann; Environmental Science & Technology (2022) 56 (20), 14507-14516, DOI: 10.1021/acs.est.2c05108
Abbildungen:
Abb. 1: Salatpflanzen nehmen Chemikalien auf, die von Reifenabrieb abgegeben werden: Das Bild zeigt den Experimentaufbau, bei dem die Forscher*innen den Nährlösungen von Salatpflanzen Reifenabrieb zusetzten. © Gabriel Sigmund
Abb. 2: In einem weiteren Schritt werden die Wiener Umweltgeowissenschafter*innen untersuchen, ob und wie Salatpflanzen die von Reifenabrieb abgebebenen Chemikalien in Bodensystemen aufnehmen. © Stephanie Castan & Gabriel Sigmund
