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Modelling of atmospheric transport of microplastics

Alina Reininger

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Environmental Systems: Processes - Pollution - Solutions

Betreuer*in

Andreas Stohl

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DOI

10.25365/thesis.76794

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-10011.59387.313612-5

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Mikroplastik ist zu einer entscheidenden Umweltherausforderung geworden. Die Atmosphäre stellt dabei ein wichtiges Transportmedium für Mikroplastik dar. Der atmosphärische Transport hängt stark von der Sedimentation der Teilchen ab, welche wiederum von Größe und Form der Teilchen bestimmt wird. In atmosphärischen Transportmodellen werden Partikel jedoch oft als sphärisch beschrieben. Aufgrund ihrer oft komplexen Formen (Fasern, Folien, Fragmente usw.) weisen Mikroplastikpartikel aber geringere Fallgeschwindigkeiten als sphärische Partikel mit gleichem Volumen auf. Dies führt zu längerem atmosphärischem Transport und der Ablagerung in selbst abgelegenen und dünn besiedelten Gebieten. Der atmosphärische Transport von Mikroplastik-Fasern wurde bereits untersucht; dies ist jedoch nicht der Fall für flache, folienartige Partikel. In dieser Arbeit werden daher die aus globalen Simulationen mit FLEXPART resultierenden Transportdistanzen, Aufenthaltszeiten und die Sedimentation von atmosphärischen Mikroplastikfolien, insbesondere Glitzerpartikeln und dünnen Folien, und sphärischen Partikeln mit gleichem Volumen präsentiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Glitzerpartikel nicht wesentlich weiter transportiert werden als sphärische Partikel; die durchschnittlichen atmosphärischen Transportdistanzen unterscheiden sich um maximal 21 %. Dies gilt jedoch nicht für quadratische Folien, welche viel dünner sind als kommerziell verfügbarer Glitzer; sie werden bis zu 123 % weiter transportiert als sphärische Partikel. Glitzerpartikel können bis zu 53 km von der Quelle entfernt abgelagert werden und länger als 4 Stunden in der Luft verbleiben. Quadratische, dünne Folien können sogar bis zu 245 km transportiert werden, wobei sie durchschnittlich bis zu knapp 14 h in der Luft bleiben. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Glitzer, wenn dieser in der Luft freigesetzt wird, auf städtischer und regionaler Ebene transportiert werden kann. Dies gilt insbesondere für Glitzer, der während Paraden oder Karnevals in Städten freigesetzt wird und die Umgebung der Stadt, einschließlich landwirtschaftlicher Flächen oder Naturschutzgebiete, verschmutzen kann. Darüber hinaus könnten diese Partikel zerfallen und sogar über Landesgrenzen hinweg und noch weiter transportiert werden. In diesem Zusammenhang werden weitere Vorschriften und Verbote für die Verwendung von Kunststoffen und Glitzer benötigt. Einstweilen muss das Bewusstsein erhöht werden, damit Verbraucher ihre Gewohnheiten in Bezug auf (Mikro)Plastik ändern, und zum Beispiel zu biologisch abbaubaren Alternativen wechseln.

Abstract

(Englisch)

Microplastics have become a key environmental challenge, and the atmosphere plays a major role in their distribution. Atmospheric transport depends on the settling behavior of particles, which in turn depends strongly on their shape and size. Atmospheric transport models often consider particles as perfect spheres. Due to their often complex shapes (fibers, films, fragments, etc.), however, airborne microplastics can experience lower settling velocities than volume-equivalent spheres, leading to longer atmospheric transport and the deposition in remote, thinly populated areas. The atmospheric transport of microplastic fibers has been investigated; nevertheless, information on flat, film-like particles is still lacking. Here, the atmospheric transport distances, residence times, and deposition patterns of microplastic films, particularly glitter particles and thin square films, and their volume-equivalent spheres are presented, resulting from global atmospheric transport simulations using FLEXPART with the scheme of Bagheri and Bonadonna [2016], constrained by laboratory experiments done by Reininger [2024]. The results show that glitter particles are not transported substantially further than spheres of the same volume; the mean atmospheric transport distances of glitters are around 21 % greater than those for spheres at the maximum. This is not the case for thin, square films, which are much thinner than commercially available glitter particles, which travel up to 123 % further than spheres. Glitter particles may be deposited up to 53 km away from their source and remain airborne for more than 4 h. Square films can even travel up to 245 km in the atmosphere, with average residence times of nearly 14 h. These results indicate that glitter, when released into the air, can be transported on an urban and regional scale. This is particularly relevant for glitter released during parades or carnivals in cities, since pollution may spread to areas surrounding the city, including agricultural land or conservation areas. Furthermore, these particles might fragment and be transported even further, even across country boundaries. In this context, further regulations and bans for the use of plastics and glitters in particular are recommended. For now, awareness must be raised in order for consumers to change their habits regarding (micro)plastic, for example, a transition to biodegradable alternatives to glitter.

Autor*innen

Alina Reininger

Haupttitel (Englisch)

Modelling of atmospheric transport of microplastics

Publikationsjahr

2024

Umfangsangabe

xiv, 107 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Andreas Stohl

Klassifikation

43 Umweltforschung > 43.47 Globale Umweltprobleme

AC Nummer

AC17341476

Utheses ID

72999

Studienkennzahl

UA | 066 | 299 | |

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