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Arbeitsgruppe Marine Sensorsysteme

Shungudzemwoyo Garaba et al.: „Sensing Ocean Plastics with an Airborne Hyperspectral Shortwave Infrared Imager“, Environ. Sci. Technol., 2018, 52 (20), pp 11699–11707, DOI: 10.1021/acs.est.8b02855

A passive ocean cleanup begins, Physics Today

Remote Sensing of Ocean Plastics

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  • Ansammlung von Unrat aus dem Pazifischen Müllstrudel. Foto: The Ocean Cleanup

  • Das Messflugzeug "Ocean Force One" startete 2016 zu zwei Erkundungsflügen. Foto: The Ocean Cleanup

  • Mit der Infrarot-Kamera (rechts) lässt sich Plastikmüll eindeutig identifizieren. Foto: The Ocean Cleanup

  • Während der Flüge notierten Beobachter ihre Funde. Foto: The Ocean Cleanup

  • Plastikflasche mit Bissspuren im Pazifischen Müllstrudel. Foto: Kyler Badten/The Ocean Cleanup

  • Einige große Objekte, die während der Expedition im Pazifischen Müllstrudel beobachtet wurden. Foto: The Ocean Cleanup

Plastikmüll im Visier

Rund zehn Millionen Tonnen Plastikmüll landen jedes Jahr in den Ozeanen. Wo genau der Unrat herumtreibt, könnten demnächst Satelliten überwachen. Oldenburger Forscher arbeiten an einer Lösung dafür.

Rund zehn Millionen Tonnen Plastikmüll landen jedes Jahr in den Ozeanen. Wo genau der Unrat herumtreibt, könnten demnächst Satelliten überwachen. Oldenburger Forscher arbeiten an einer Lösung dafür.

In der Mitte des Pazifischen Ozeans, etwa auf halbem Weg zwischen Kalifornien und Hawaii, befindet sich ein entlegenes Meeresgebiet, in dem selten ein Schiff vorbeikommt. Dennoch treiben im Wasser alle denkbaren Überreste der modernen Zivilisation herum: Plastikflaschen, Zahnpastatuben, Tüten, Flipflops, Kinderspielzeug, Getränkekisten, Schnüre, Seile und verknotete Fischernetze – und dazu jede Menge roter, grüner, blauer oder weißer Kunststoffsplitter, deren Ursprung nicht mehr so genau zu erkennen ist. Der Müllstrudel, auch unter dem englischen Namen „Great Pacific Garbage Patch“ bekannt, besteht aus 1,8 Billionen Plastikpartikeln mit einem Gesamtgewicht von rund 80.000 Tonnen. Durch Meeresströmungen sammelt sich der Abfall im zentralen Nordpazifik in einem Gebiet, das dreimal so groß wie Frankreich ist, so das Ergebnis einer im März 2018 in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlichten Studie.

„Wir wissen zwar grob, wo sich der Plastikmüll befindet, aber er bewegt sich ständig“, berichtet Dr. Shungudzemwoyo Garaba vom Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg. „Wenn wir den Müllstrudel mit Satelliten überwachen könnten, würden wir wesentlich präzisere Informationen bekommen.“ Das könnte zum einen für Aufräumaktionen nützlich sein, zum anderen dabei helfen, die Quellen des Plastikmülls genauer zu identifizieren.

Garaba, der in der Arbeitsgruppe Marine Sensorsysteme am ICBM derzeit an seiner Habilitation arbeitet, hat nun zusammen mit Kollegen die Grundlagen dafür gelegt, dass von Fischerbooten verlorene Netze, so genannte Geisternetze, und anderer Müll in Zukunft automatisch von Flugzeugen oder Drohnen aufgespürt werden können – und zwar durch eine Art infraroten Fingerabdruck. Das Team, zu dem auch Prof. Dr. Oliver Zielinski, Direktor des ICBM, gehört, berichtete kürzlich in der Zeitschrift Environmental Science & Technology, dass sich Plastik im Meer anhand bestimmter charakteristischer Eigenschaften des reflektierten infraroten Lichtes eindeutig identifizieren lässt.

Die Forscher um Garaba analysierten Aufnahmen und Messdaten, die als Teil einer Forschungskampagne der Organisation „The Ocean Cleanup“ entstanden waren. Dieses 2013 gegründete Projekt hat das Ziel, die Meere von Plastikmüll zu befreien. 2016 führte die Organisation zwei Aufklärungsflüge über dem Müllstrudel zwischen Kalifornien und Hawaii durch, um Menge und Art des Plastiks dort zu bestimmen. An Bord des Forschungsflugzeugs – einer Lockheed C-130 Hercules, die rund 400 Meter über der Meeresoberfläche flog – befanden sich neben menschlichen Beobachtern und gewöhnlichen optischen Kameras auch ein Infrarot-Sensor mit der Fähigkeit, Licht mit Wellenlängen zwischen 900 und 2500 Nanometern in die verschiedenen „Farben“ des infraroten Spektrums zu zerlegen.

Das Team bestimmte anhand der Beobachtungen und der Fotos zunächst Größe, Position, Farbe und Typ verschiedener Plastikteile. Die Analyse der Daten zeigte, dass große Müllpartikel wie Geisternetze oder Plastikkisten auf den Fotos im optischen Bereich des Spektrums meist gut zu erkennen sind. „Es ist aber manchmal schwierig, sie von Algen, Holzplanken, Licht-Spiegelungen oder Wellen zu unterscheiden“, sagt Garaba. Grüne Plastikteile können zum Beispiel mit Algen verwechselt werden, weißes Treibgut mit der Gischt von Wellen oder mit Lichtspiegelungen.

Das infrarote Licht, das an der Oberfläche schwimmende Plastikpartikel zurückwerfen, unterscheidet sich jedoch deutlich von anderen Reflexionen, berichten Garaba und seine Kolleginnen und Kollegen nun in ihrer Studie. Die Forscher untersuchten die Signale von 150 größeren Plastikteilen, die zuvor in verschiedene Kategorien unterteilt worden waren, etwa Geisternetze, Seile oder Plastikboxen. Sie fanden heraus, dass mariner Plastikmüll zwei bestimmte Bereiche des infraroten Lichtes absorbiert und sich anhand dieser Absorptionsbänder gut identifizieren lässt. „Wir können nicht nur nachweisen, dass es sich um Plastik handelt, sondern auch verschiedene Sorten unterscheiden“, berichtet Garaba. Die infraroten Signale bilden somit eine Art Fingerabdruck, der charakteristisch für das jeweilige Material ist. „Die Recycling-Industrie benutzt in Sortieranlagen ähnliche Verfahren“, berichtet der Forscher, der mit „The Ocean Cleanup“ zusammenarbeitet und die Organisation in Fragen der Fernerkundung berät. Die neue Studie belege nun erstmals, dass sich damit auch Plastikmüll im Meer aus der Ferne nachweisen lasse. Auf Basis der Ergebnisse könnte zum Beispiel eine Software entwickelt werden, die Plastikmüll von Satelliten aus automatisch identifiziert.

Erste Untersuchungen in diese Richtung sind bereits im Gange. In einem weiteren Forschungsprojekt zeigten Garaba, Zielinski und Prof. Dr. Konstantinos Topouzelis von der University of the Aegean auf der griechischen Insel Lesbos, dass große Plastikteile tatsächlich vom All aus sichtbar sind. Das Team verankerte im Juni 2018 vor der Küste von Lesbos drei künstliche, jeweils zehn mal zehn Meter große, schwimmende Plastikinseln. Eins der Objekte bestand aus Flaschen, eins aus Tüten und eins aus Fischernetzen. Die Forscher analysierten die Aufnahmen verschiedener Satelliten in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen des Lichts – mit Erfolg. „Wir waren in der Lage, die Plastik-Ansammlungen darauf nachzuweisen“, sagt Garaba.

Die Überwachung der Müllstrudel in den verschiedenen Ozeanen ist freilich nur der erste Schritt, um das Problem zu lösen, sagt der Forscher: „Am besten wäre es, den Plastikeintrag an der Quelle zu stoppen, also in den Flüssen.“

Pressbiave rec& Ksy5thommunikz5tdationjbjx (presse@uol.de) (Stand: 11.12.2018)