Forskere anvender en global tilgang til at studere mikroplast og mikrofibre

Forskere ved UC San Diego arbejder på at forstå plastisk nedbrydning i havet, især mindre partikler kaldet mikroplast og relaterede mikrofibre.

Havbiolog Dimitri Deheyn, associeret forsker ved Scripps Institution of Oceanography, arbejder på en todelt tilgang til disse mikromaterialer. Han og postdoktor Sarah-Jeanne Royer overvåger mikrofibre rundt om i verden for bedre at forstå, hvordan disse fibre kommer ind og spredes i miljøet, samtidig med at indgå partnerskab med industrien for at identificere mulige veje til at begrænse plastforurening og udvikle afhjælpningsstrategier.

Mens bomuld er en naturlig fiber, størstedelen af ​​mikrofiberne er syntetiske, og mange er petroleumsbaserede, gør dem til en form for mikroplast. På grund af deres evne til at absorbere større mængder vand og unikke kemiske bindingsegenskaber, de findes i mange tekstiler, herunder tøj og rengøringsklude, og er defineret af deres ultrafine natur (tyndere end endda en silketråd). Disse fibre kaster sig ud i miljøet, når tekstiler vaskes og gennem daglig brug, og er ved at blive en voksende bekymring blandt forskere og miljøforkæmpere.

Deheyn, en ekspert i biologisk lys, farve og toksikologi, blev interesseret i mikrofiberforskning efter at have fundet ud af, at disse materialer fluorescerer under billeddannelsesbetingelser, der bruges i hans laboratorium. Deheyn bruger ændringer i farve eller lys produceret af organismer som en tidlig indikator for stress (på samme måde som folk bliver blege, når de begynder at blive syge), især ved udsættelse for konventionelle forurenende stoffer som spormetaller eller miljøskift relateret til klimaændringer. I de senere år har Deheyn bemærket et stigende antal glødende fibre i sine billeder.

"Da jeg så disse fibre gløde i fluorescens i mine prøver, min første reaktion var at rense linserne i mit mikroskop, men jeg indså, at disse fibre faktisk var en del af min prøve, "sagde Deheyn.

Han og forskere ved UC San Diego Jacobs School of Engineering har brugt fluorescens til at udvikle ny teknologi til at opdage mikroplast filtreret fra vandprøver.

Deheyns laboratorium har taget et nyt fokus på plast og deres derivater. Royer arbejdede i fire år på dette globale problem på University of Hawaii, hvor hun opbyggede et stærkt samarbejde med forskere, NGO'er, og lokalsamfundet. Hun har specialiseret sig i emissioner af drivhusgasser fra plast i miljøet, plastisk nedbrydning, skæbne og veje for havrester og skraldespanden i det nordlige Stillehav.

NOAA definerer mikroplast som enhver plastpartikel, der er mindre end fem millimeter i længden. Disse små partikler skyldes nedbrydning af større plast og syntetiske materialer, og er af stigende bekymring for miljø- og folkesundhedsembedsmænd, der bekymrer sig om virkningerne af at spise fisk og andre skaldyr, der har indtaget mikroplast. Imidlertid, forskere lærer stadig om omfanget og virkningen af ​​disse partikler på økosystemer såvel som mennesker.

En ny teknik til at observere forurenende stoffer

Deheyns observation af fluorescerende forurenende stoffer førte til nye muligheder. Observationsteknikken, udviklet af ingeniørstuderende Jessica Sandoval, kaldes Automated Microplastics Identifier (AMI). Protokollen har til formål at erstatte manuel optælling med øjet med automatiseringsprocesser, der identificerer fibrene. Forskere forestiller først filtrene under UV -belysning, så plastikken fluorescerer. Sandoval udviklede software til at kvantificere mængden af ​​plast på hvert filter og til også at generere information om plastens funktioner ved hjælp af billedgenkendelse.

”Det er et spændende første skridt, ved hjælp af automatiseringsteknologier til at hjælpe med overvågning af dette udbredte marine forurenende stof, sagde Sandoval, der begyndte at udvikle denne teknologi som en bachelorstuderende. "Med sådanne teknologier, Vi kan lettere behandle prøver fra hele verden og skabe en bedre forståelse af mikroplastfordeling. "

Prøver fra hele verden

Denne teknologi er allerede blevet brugt af forskere til at analysere vandprøver fra hele verden som en del af Deheyns bestræbelser på at forstå den globale tilstedeværelse af mikrofibre. Indtil nu, han har fundet ud af, at mikrofibre kan findes i prøver over hele verden, herunder ovenfra polarcirklen. Denne globale overvågningsindsats har fået dem til at samarbejde med Greenpeace, Draken Viking Kings skib, Young Explorers Club, Eventyr Canada, og flere andre initiativer, herunder Seeker Medias ekspedition "The Swim" for at indsamle prøver i det nordlige Stillehav, herunder North Pacific Garbage Patch, der vil være en del af deres næste ekspedition med navnet "The VORTEX swim."

"Vi vil til sidst give et kort over distribution af mikrofiber rundt om i verden, så mennesker - og vigtigst af alt marine ressourceforvaltere - bedre kan vurdere effekten af ​​disse bittesmå syntetiske materialer, der findes i vores fødevarer, "sagde Deheyn." Vores håb er, at dette bliver et globalt borgervidenskabeligt projekt, ved hjælp af AMI og de borgervidenskabelige samarbejder, som Royer byggede i løbet af de sidste ti år. "

Bortset fra at måle disse mikrotekstiler fra vand, luft, og sedimentprøver, et af kendetegnene for Deheyn og Royers arbejde indebærer analyse af vandprøver taget fra Scripps Pier over 50 år. Disse prøver, først indsamlet i 1970'erne, analyseres for mikrofiberkoncentration for at bestemme, hvordan mængden af ​​denne forurening har ændret sig over tid. Denne forskning vil også vise, hvilke fibertyper der er mindst bionedbrydelige, og omkring hvilken periode i de sidste 50 år blev denne forurening mærkbar.

"Det er meget spændende at have adgang til en så fantastisk samling vandprøver, der er blevet indsamlet gennem årene på Scripps, "sagde Royer." Dette giver os en enestående mulighed for at gå tilbage i tiden og virkelig se starten på global tekstilforurening, der desværre er så dominerende i disse dage. "

Industrielle samarbejder

Modstykket til deres forskning omfatter at arbejde parallelt med samarbejdsveje med industrien for at levere uafhængig vurdering af mikrofiberforskning; for eksempel, at forstå, hvordan fibre og mikrofibre nedbrydes, og udforske nye bæredygtige muligheder. Gennem det BEDSTE initiativ, en platform grundlagt af Deheyn, der letter interaktionen mellem industri og akademi for at give et rum for samarbejde, Royer tester i øjeblikket nedbrydeligheden af ​​cellulosefibre i forhold til syntetiske. Nøglen her var at erhverve råmaterialefibre skabt af populær kemisk forarbejdning, der i sidste ende kunne påvirke fiberens bionedbrydelighed, som med succes er blevet implementeret med fiberproducenter som Lenzing Group.

Royer tester bionedbrydeligheden af ​​både råformede cellulosefibre og dem, der er blevet videreforarbejdet-som det ville ske længere ned i forsyningskæden-gennem forsøg i laboratoriet, men også ved Scripps Pier. Der, fibermaterialer er underlagt reelle marine miljøforhold. Forskerne håber at kunne løse to grundlæggende spørgsmål:hvilke jomfruelige materialer nedbryder i havmiljøet, og hvilken proces i forsyningskæden ændrer nedbrydningen af ​​tekstil. For at besvare det andet spørgsmål, teamet arbejder på at samarbejde med andre virksomheder i værdikæden - f.eks. producenter af udendørs beklædning - for yderligere forskning.

Deheyn og Royers undersøgelser følger en historie med plastforskning på Scripps. Fra 2.-21. August 2009, en gruppe doktorander og forskningsfrivillige fra Scripps gik på en ekspedition, der udforskede Pacific Garbage Patch. Scripps Environmental Accumulation of Plastic Expedition (SEAPLEX) fokuserede på ophobning af plastaffald og hvordan det påvirker havlivet.

Biologisk oceanograf Jenni Brandons forskning fokuserede på plastforurening, primært økologi af marin mikroplast, det rumlige og tidsmæssige omfang af disse mikroplaster, og bedre måder at kvantificere dem på. Hendes undersøgelser har undersøgt fordelingen af ​​mikroplast i California Current og North Pacific Subtropical Gyre, og hvordan disse plastik ældes og nedbrydes over tid.

Anela Choy, biologisk oceanograf og adjunkt ved Scripps, har også stødt på mikroplastik i sin forskning. Choy studerer madbaner i dybhavet, ved hjælp af havdyr, der blev dissekeret i hendes laboratorium, for at lære om kulstofbevægelse gennem vandsøjlen. I hendes dissektioner, hun har fundet plast i maveindholdet i fisk, der lever tusinder af fødder under overfladen. Hendes seneste undersøgelse viste, at mikroplast er almindelig i hele vandsøjlen i Monterey Bay, og indtages af havdyr.