Estuarine og kystnære miljøer spiller en afgørende rolle i mikroplastikkoncentrationer

Hvert år, omkring 8 millioner tons plastik bliver puttet i verdenshavene. Særligt bekymrende er mikroplastik, materialer fundet i havmiljøet, der forekommer i størrelser under fem millimeter og er den mest udbredte form for havaffald, der er observeret ved havoverfladen.

Estuarine og kystnære miljøer spiller en afgørende rolle som buffer mellem land, ferskvandsmiljøer og det åbne hav, hvor plastikrester ophobes. På trods af at udføre denne kritiske funktion, flodmundinger og kystnære miljøer er ikke blevet grundigt undersøgt for mikroplastisk udbredelse og påvirkning.

For bedre at forstå, hvordan disse miljøer påvirkes af mikroplast, University of Delaware forskere kiggede på mikroplastik i Delaware Bay, som er et tidevand, vind- og ferskvandsdrevet flodmundingsmiljø.

De opdagede en betydelig koncentration af mikroplast i Delaware-bugten, der akkumuleres i hotspots drevet af opdrift, vind og tidevand, som alle fører til høj variabilitet af mikroplastikfordelinger (på tværs af rum og tid) i bugten.

Resultaterne af deres undersøgelse blev offentliggjort i Miljøvidenskab og -teknologi akademisk tidsskrift.

Projektet blev ledet af Jonathan Cohen og Tobias Kukulka, lektorer i College of Earth, Ocean and Environment (CEOE), samt CEOE masterstuderende Anna Internicola og R. Alan Mason.

Cohen sagde, at da dette er et område af stor offentlig interesse, med mulige offentlige reguleringer af mikroplast i fremtiden, det er afgørende, at der er videnskab at basere politisk og økonomisk vigtige beslutninger på.

"Hvis disse beslutninger skal ske, og offentligheden bliver nødt til at vægte dem, der skal være videnskab, som beslutningerne kan baseres på, "sagde Cohen." Det er en temmelig stærk motiverende faktor for os. "

Komplementær ekspertise

Arbejdet startede i 2016 med et mini-tilskud fra Delaware Sea Grant til vurdering af mikroplast i Delaware Bay, hvilket førte til en to-årig bevilling til at vurdere, hvilken indvirkning mikroplast har på økologien i Delaware Bay.

Kukulka og Cohen har komplementær ekspertise og forskningstilgange, med Cohen fokuseret på biologi og feltarbejde, og Kukulka fokuserede på de fysiske aspekter af oceanografi og modelleringsarbejdet.

Cohen og Internicola målte fordelingen af ​​mikroplast fra 16 prøveudtagningssteder på tværs af Delaware Bay, lige fra Delaware Memorial Bridge i Wilmington til uden for bugten. Stationerne dækker det område, der omfatter, hvor bugten er ferskvand, til hvor bugten møder Atlanterhavet.

Forskerne brugte et net til at få overfladeprøver, trække nettet ved overfladen og bruge en flowmåler inde i nettet til at angive, hvor meget vand der blev udtaget. Så skyllede de nettet, opbevarede prøverne i en glasbeholder og bragte dem tilbage til laboratoriet.

Kemiske metoder i laboratoriet gjorde det muligt for forskerne at adskille plasten fra de organiske stoffer ved at opløse det organiske materiale og lægge prøver i en saltopløsning, hvor plasten ville flyde, og de organiske stoffer ville synke.

Kukulka og Mason tog derefter dataene fra prøverne og tilsluttede dem til deres hydrologiske modeller.

Ved at kombinere observationsdata med tidevands-, vind- og opdriftsdrevne modeller til at simulere distributionen af ​​mikroplastik, de var i stand til at ekstrapolere resultaterne til en større del af Delaware-bugten og bestemme, hvordan partikler bevæger sig i bugten, forlade bugten eller akkumulere i overfladekonvergensregioner.

Cohen sagde, at prøvetagnings- og modelleringstilgangen taler om, hvordan havvidenskab udføres.

"Det handler ikke kun om at gå på både og samle en spand vand eller dyppe et net, " sagde Cohen. "Det handler om at kombinere det, du kan lære af det, med det, du kan lære af disse numeriske tilgange."

Kukulka var enig, siger, at det er fantastisk at kunne kombinere feltprøvetagningsdata med modelleringen.

"Det er udfordrende at foretage observationer i hele bugten, og prøveudtagning er tidsbegrænset og begrænset til et bestemt sted, "sagde Kukulka." Vi fik ikke rigtigt et bredt øjebliksbillede hele vejen med prøveudtagning, men med modelleringen, vi kan se den tidsmæssige variation og hele den rumlige dækning af plast."

Saltholdighedsfronter

I området, hvor det friskere vand fra Delaware-floden møder det saltere vand i Atlanterhavet, forskerne observerede saltholdighedsfronter, med ferskvand på toppen og saltere vand i bunden. I nærheden af ​​sådanne fronter, overfladestrømme kan konvergere.

Kendt som konvergenszoner, forskerne fandt mikroplast i høje koncentrationer i disse områder.

"Det, vi finder i simuleringen, er, at vi har områder med meget høje koncentrationer, meget højere end uden for disse konvergenszoner, " sagde Kukulka.

Fordi den flydende mikroplast flyder oven på vandet, de påvirkes også og akkumuleres i områder på grund af tidevandet og vinden. Plast bevæger sig i tidevandscyklussen frem og tilbage, når tidevandet bevæger sig ind og ud af bugten, forårsager enorm lokalitetsvariabilitet over en tidevandscyklus, især hvis en forsker måler lige inden for eller uden for disse hotspots.

"Du kan blive på et givet sted og prøve en given placering eller station, men det materialestykke vil ikke altid være der, " sagde Cohen. "Det kommer til at bevæge sig med tidevandet, og så du kunne være på en given station og baseret på simuleringerne, man kunne se en tusind gange ændring i koncentrationerne."

Fordelingen af ​​plasten afhænger også af vindens kraft, med en stærk vind, der flytter mikroplast til forskellige områder af bugten.

"Hvis vi kender forceringen, vi kan lave uddannede gæt på, hvor vi kan forvente plast, og hvor de sandsynligvis vil ophobes, " sagde Kukulka.

Næste skridt

Hvad angår projektets næste skridt, de vil gerne afgøre, hvor længe mikroplastik bliver i bugten, og om de ender ved kysten af ​​New Jersey og Delaware, eller om de er fanget i bugten.