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Microplastic deposition flux in Vienna
Hannah Mary Brown
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Meteorology and Climate Science
Betreuer*in
Silvia Bucci
DOI
10.25365/thesis.81819
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-15821.87815.940883-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die atmosphärische Mikroplastikablagerung stellt einen wichtigen Übertragungsweg für die Plastikverschmutzung in allen Ökosystemen dar. Insbesondere Städte gelten als Hotspots für Mikroplastikemissionen und -ablagerungen. Dennoch sind quantitative Daten zu atmosphärischen Ablagerungsflüssen in städtischen Gebieten nach wie vor rar, und in Wien wurde bislang keine entsprechende Studie durchgeführt. Daher quantifiziert diese Arbeit die atmosphärischen Mikroplastikablagerungsflüsse in Wien anhand eines beobachtungsbasierten Ansatzes. Die Messungen sind speziell mit einem passiven Nass- und Trockensammler durchgeführt worden, was eine getrennte Berechnung eben dieser Ablagerungsflüsse ermöglicht. Passive Sammler bieten eine zeit- und kosteneffiziente Methode zur Quantifizierung der Mikroplastikablagerung und dienen gleichzeitig als Niederschlagssammler. Die Proben werden täglich im Rahmen einwöchiger Messkampagnen im Winter und Frühjahr entnommen, um die täglichen Ablagerungsflüsse zu quantifizieren und die saisonale Variabilität zu bewerten. Diese Proben werden mittels Oleoextraktion aufbereitet, einer neu entwickelten und vielversprechenden Technik, die für diese Studie ausgewählt worden ist, da sie sowohl den Partikel- als auch den Polymerverlust minimiert und im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen eine sauberere Analyse ermöglicht. Die Proben werden anschließend mittels Focal-Plane-Array (FPA)-Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie und -Mikroskopie zur Identifizierung und Klassifizierung der Partikel analysiert. Der Einsatz eines FPA-Detektors ermöglicht den Nachweis von Partikeln bis zu einer Größe von 5–10 µm. Dies ist entscheidend bei der Untersuchung von Mikroplastik in der Atmosphäre, da es in diesem Kontekt verglichen mit anderen Ökosystemen typischerweise eine feinere Größenverteilung aufweist. Die FPA-basierte automatisierte Analyse reduziert zudem den Operatorbias und deckt gleichzeitig einen erheblichen Teil des gesamten Filters ab (~40 %). Anschließend werden mögliche Korrelationen zwischen der Ablagerungsmenge und der Windgeschwindigkeit, Windrichtung sowie Niederschlag untersucht. Sowohl bei den Probenahmen im Winter als auch denen im Frühjahr weisen mehrere Tage hohe Ablagerungsflüsse auf. Im nassen und im trockenen Zustand liegen diese deutlich über den Literaturwerten und schwanken zwischen 375 und 42.807,69 MP/m²/Tag. Diese große Spanne verdeutlicht die hohe tägliche Variabilität, die während der gesamten Kampagnen zu beobachten war. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass der vorherrschende Größenbereich zwischen 20 und 45 µm liegt, was den operativen Vorteil der FPA-Methode für atmosphärisches Mikroplastik unterstreicht. Im Rahmen der Kampagnen erwies sich Polypropylen als das vorherrschende Polymer, wobei andere bedeutende Arten wie Polyethylen, Polyethylenterephthalat und Polyvinylchlorid ebenfalls vertreten waren. Es sind jedoch große saisonale und tägliche Schwankungen bei den Polymerarten beobachtet worden, was darauf hindeutet, dass es mehrere Quellen und Transportwege gibt anstatt einer dominierenden Quelle. Im Gegensatz zu früheren Studien zeigt die Analyse, dass nur 9 % der insgesamt analysierten Kunststoffpartikel Mikrofasern sind, der Rest sind Fragmente. Dies steht in starkem Widerspruch zur bestehenden Literatur, die darauf hindeutet, dass Fasern die dominierende Morphologie in der Atmosphäre darstellen. Um diese Ergebnisse weiter zu untersuchen, bewertet die vorliegende Arbeit auch den Einfluss lokaler menschlicher Aktivitäten auf die Ablagerung von Mikroplastik aus der Atmosphäre. Dazu wurde im Rahmen eines öffentlichen Besuchs am Messstandort eine gesonderte kurzzeitige Messung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass innerhalb eines Zeitfensters von drei Stunden ein deutlicher Anstieg der Ablagerung auf 33 Kunststoffpartikel zu verzeichnen ist, wobei insbesondere bei den Fasern ein Anstieg festzustellen ist. Dies belegt, dass bereits eine begrenzte menschliche Präsenz zu einer erheblichen lokalen Quelle für atmosphärisches Mikroplastik beitragen kann. Ebenso unterstreicht dies, wie bedeutend die Wahl des Beobachtungsstandorts ist, da sich der menschliche Einfluss bei Aktivitäten am Boden und auf dem Dach deutlich unterscheidet. Die Auswertung der meteorologischen Variablen zeigt, dass die Windgeschwindigkeit keinen Einfluss auf die saisonalen Schwankungen hat. Sie ist jedoch entscheidend für die Beurteilung der täglichen Schwankungen, wobei höhere Windgeschwindigkeiten mit einer erhöhten Ablagerung einhergehen. Wenngleich mehrere Prozesse die Mikroplastikablagerung beeinflussen, deutet dies darauf hin, dass die Windgeschwindigkeit auf kurzen Zeitskalen den dominierenden lokalen Einfluss darstellt. Gleichzeitig unterstreicht die Studie, dass zur Entfernung von Mikroplastik aus der Atmosphäre das wet scavenging sehr effizient ist, da nach Regenfällen nur minimale Mengen an Plastik nachgewiesen worden sind. Anders als bisher in der Literatur berichtet, zeigen die übergreifenden Ergebnisse dieser Kampagnen, dass mit der Oleoextraktionsmethode eine höhere Menge an atmosphärischem Mikroplastik gewonnen wird, obwohl Wien nicht wesentlich stärker verschmutzt ist als andere europäische Städte. Diese Erkenntnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, Mikroplastikablagerungsflüsse mit hoher zeitlicher Frequenz zu erfassen, um potenzielle Quellen isolieren zu können, ihre hohe episodische Variabilität genau zu quantifizieren und Unterschiede bei Polymeren und Morphologie präzise zu charakterisieren.
Abstract
(Englisch)
Atmospheric microplastic (MP) deposition presents an important pathway for plastic pollution in all ecosystems. Among all environments, cities have been suggested to be hotspots for MP emissions and deposition. Nonetheless, quantitative data on atmospheric deposition fluxes in urban areas remain sparse. More specifically, no such study has been conducted in Vienna yet. This study quantifies atmospheric MP deposition fluxes in Vienna using an observational approach, specifically measured using a wet and dry passive sampler, allowing for separate calculations of both the wet and dry deposition fluxes. Passive samplers offer a time and cost-effective method for quantifying MP deposition, whilst simultaneously facilitating the collection of precipitation. Samples are collected daily over one-week campaigns during winter and spring, to quantify the daily deposition fluxes and evaluate the seasonal variability. These samples are processed via oleoextraction, a recently developed technique of MP extraction. It has been selected for this study as it minimises both particle and polymer loss and yields a cleaner analysis in comparison to traditional approaches. The samples are then analysed via Focal Plane Array (FPA) Fourier Transform Infrared spectroscopy and microscopy for particle identification and classification. Using FPA detector facilitates the detection of particles down to 5µm, a critical capability when assessing atmospheric MP which typically exhibit a smaller size distribution in comparison to other ecosystems. The FPA based automated analysis also reduces operator bias, along with covering a substantial portion of the total filter (~40%). After analysis, key meteorological data is assessed to consider any correlation between the quantity of deposition and wind speed, direction and rainfall. The results show, from both the winter and spring sampling campaigns, several days of high deposition fluxes, in both the wet and dry, with fluxes ranging from 375 – 42,807.69 MP/m2/day, significantly higher than published literature. This large range illustrates the high daily variability present throughout the campaigns. Alongside this, supported by the high resolution detection limit of FPA, the analysis shows a dominant size range to be between 20-45 µm. Within these campaigns, polypropylene is found to be the dominant polymer, with other prominent species including polyethylene, polyethylene terephthalate and Polyvinyl Chloride. However, a large seasonal and daily variation in polymer type is observed, providing evidence for the presence of multiple sources and transport pathways, rather than one dominant source. In contrast to previous studies, the analysis shows only 9% of total plastic particles analysed to be microfibers, the remainder are fragments. This is in strong contrast with existing literature which has suggested fibres to be the dominant atmospheric morphology. To investigate these findings further, this study also assesses the impact of local human activity on atmospheric MP deposition, by conducting a dedicated short-term sampling experiment near the sampler, taking advantage of a public visit to the measurement site. The results reveal within a 3-hour window there is a notable increase in deposition reaching a flux of 18,965.5 MP/m2/day, showing a particular increase in fibres. This demonstrates even limited human presence can contribute to a large local source of atmospheric MP and highlights the importance of the location of observations, showing a major difference from human influence between ground and rooftop activities. Assessing the meteorological variables reveals wind speed does not impact the variability across seasons, however, it is essential when assessing the daily fluctuations over shorter periods, with higher wind speeds associated with increased deposition. This suggests, while there are several processes influencing MP deposition, wind speed is the dominant local influence on short timescales. Simultaneously, the results highlight the extremely effective wet scavenging mechanism for the removal of atmospheric MP, finding minimal plastic detection following rainfall events. The overarching results of these campaigns uncover the oleoextraction method recovers a higher abundance of atmospheric MP than previously reported in literature, despite Vienna not being considerably more polluted than other European cities. These findings highlight the importance of gaining MP deposition fluxes at a high temporal frequency, in order to answer to the need to isolate potential sources, accurately quantify their high episodic variability and precisely characterise polymer and morphology variations.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Mikroplastik Meteorologie Abscheidungsfluss Wien Atmosphärische Deposition Plastik Passive Probenahme
Schlagwörter
(Englisch)
Microplastic Meteorology Deposition Flux Vienna Atmospheric deposition Plastic Passive sampling
Autor*innen
Hannah Mary Brown
Haupttitel (Englisch)
Microplastic deposition flux in Vienna
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
XV, 75 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Silvia Bucci
Klassifikation
38 Geowissenschaften > 38.80 Meteorologie. Allgemeines
AC Nummer
AC18004914
Utheses ID
82006
Studienkennzahl
UA | 066 | 614 | |