Mikroplast:Et makroproblem

Flyver et sted over planeten, der er et fly udstyret med research-grade, dobbeltsidet tape på ydersiden af ​​skroget. Hver gang piloten lander flyet, han fjerner båndet, forsegler den i en pakke, og erstatter den med en ny, før han tager afsted igen. Han sender derefter pakken til Scripps Institution of Oceanography ved UC San Diego, pasning af Dimitri Deheyn, Forskerforsker.

Ser man på båndet under et mikroskop, Deheyn ser, hvad han leder efter:mikrofibre, klæbet til klæbemidlerne.

Mikrofibre er en delmængde af mikroplast, små stykker oliebaserede materialer, der nedbrydes fra større plaststykker eller fremstilles i deres mikroskopiske størrelser:mindre end 5 millimeter på tværs. Trådene af fiber - cirka fem gange tyndere end et menneskehår - bruges til tekstilfremstilling; de smider af fra vores tøj under slid, under vask og tørring, flyder ind i vandveje og driver i luften.

Deheyn arbejder sammen med Robert DeLaurentis (alias Zen Pilot) om en undersøgelse, der analyserer den globale fordeling og koncentration af mikrofibre. Han siger, at den bedste videnskab undertiden involverer den mest enkle teknologi:i dette tilfælde, dobbeltsidet tape. For hver del af hans flyvning på 30 ben fra Nordpolen til Sydpolen, DeLaurentis vil have en prøve til Deheyn.

"Det giver os måske ikke absolutte tal, men det vil i det mindste give os et godt tip om de typer partikler, der findes i atmosfæren, "sagde Deheyn." Og det vil være første gang, at prøver som denne er blevet samlet over hele kloden. "

Disse prøver vil føje til Deheyns nuværende forskning, som har afdækket mikrofibre i Arktis, i Amazonas, i de fjerneste og dybeste dele af havet. Stort set overalt har han prøvet eller har modtaget prøver fra.

"Efter at have fundet mikrofibre i vandprøver fra hele verden, det var klart, at en hovedforureningsvej skulle være gennem atmosfæren, "sagde Deheyn." Men som en marinbiolog vant til at indsamle prøver under vandet, Jeg anede tydeligvis ikke, hvordan jeg skulle tage luftprøver i store højder over hele kloden. "

Slutten på en krig, starten på en æra

Seneste Scripps Ph.D. kandidat Jenni Brandon trækker en havbundsprøve i Scripps Geological Collections. Det blev taget fra offshore det sydlige Californien i Santa Barbara -bassinet. Dens indhold repræsenterer et stykke geologisk historie, sedimenter, der går 200 år tilbage.

Brandon brugte denne og andre kerner i en nylig undersøgelse, hvor hun fandt ud af, at mængden af ​​plast, der ophobes i miljøet, er eksploderet siden afslutningen af ​​Anden Verdenskrig. Den kraftige eksponentielle stigning matcher en stigning i plastproduktionshastigheden på verdensplan og en stigning i Californiens kystbefolkning i samme periode. Forskergruppen bemærkede, at mængden af ​​mikroskopisk plast siden 1940'erne er fordoblet cirka hvert 15. år.

"Plastproduktion bliver næsten perfekt kopieret i vores sedimentære rekord. Vores kærlighed til plast bliver faktisk efterladt i vores fossile rekord, "sagde Brandon.

Stigningen af ​​plast, der begyndte i 1945 - da verden kom sig efter krig - kunne tjene som fuldmægtig i en periode inden for Antropocæn, som forskere har mærket "den store acceleration". Forskere definerer antropocæn som den nuværende geologiske tidsalder, under hvilken menneskelig aktivitet har været den dominerende indflydelse på planeten.

Forud for "Stor acceleration, "forskere havde anslået, at mellem 4,8 og 12,7 millioner tons plastaffald kommer ind i havet hvert år. Fordi mængden af ​​plastaffald har tendens til at spore med befolkningen, Brandon og medforfattere regner med, at nærkystområder kan bære en uforholdsmæssig stor del af denne infusion af plastik, når væksten i kystnære befolkning fortsætter med at accelerere.

Brandons undersøgelse er den første af sin art, idet den undersøgte ophobning af plast over tid på et sted, der gav forskere mulighed for at løse tendensen i detaljer, og er blandt flere, der illustrerer, hvor gennemgribende plastikforurening er i de globale oceaner.

At få tallene rigtigt

At fastslå starten på vores plastikangreb på miljøet var ikke den eneste øjenåbner for Brandon. I en separat undersøgelse, Brandon fandt ud af, at geléagtig, filterfodrende marine hvirvelløse dyr kaldet salpe indtager mini-mikroplast; disse stykker af meget små stykker forurening var tidligere fløjet under forskernes radar.

Selvom det ikke er nogen overraskelse, spiser disse organismer plast, Brandon blev overrasket over den enorme mængde mikroplast, der tidligere var savnet:cirka en million gange mere end tidligere antaget.

Analyse af havvandsprøver, Bandon fandt nogle af de mindste tællelige mikroplaster i overfladehavvand ved meget højere koncentrationer end tidligere målt. Hendes metode afslørede, at den traditionelle måde at tælle havmikroplastik sandsynligvis manglede de mindste partikler.

Gennemsnitlig, Brandon vurderer, at havet er forurenet af 8,3 millioner stykker mini-mikroplast pr. Kubikmeter vand. Tidligere undersøgelser, der måler større stykker plast, fandt kun 10 stykker pr. Kubikmeter.

Brandon gik sammen med medforfatter Linsey Sala, samlingschef for Scripps Pelagic Invertebrate Collection, en af ​​verdens fremtrædende samlinger af marine zooplankton, der går tilbage til 1903. Brandon dissekerede salpe indsamlet over flere års havgående ekspeditioner og langsigtede overvågningsnetværk i det nordlige Stillehav.

Af de 100 salpe, Brandon undersøgte fra vandprøver, der blev indsamlet i 2009, 2013, 2014, 2015 og 2017, 100 procent havde mini-mikroplast i tarmene. Resultaterne chokerede Brandon.

"Jeg troede bestemt, at nogle af dem ville være rene, fordi de har en relativt hurtig tarmrensningstid, "Sagde Brandon, bemærker, at den tid, det tager en salp at indtage og afføde mad, er mellem to til syv timer. Som filterfødere, salpe spiser næsten altid.

Plast i salpens mave kan rejse op i fødekæden til væsner, der lever af dem, herunder havskildpadder og kommercielt fangede stenfisk og kongekrabbe. Til sidst, disse mini-mikroplaster kunne være på vej ind i mennesker.

"Ingen spiser salp, men det er ikke langt væk i fødekæden fra de ting, du spiser, "Sagde Brandon.

Den BEDSTE vej frem

Bundet med reb og nedsænket under vandet fra Scripps molen, plastikprøver nedbrydes langsomt. De to eksperimenter ejes af forskellige laboratorier, men er en del af bestræbelserne på at forstå den samme proces:hvordan plast nedbrydes.

På den ene side af molen, Deheyn og postdoktor Sarah-Jeanne Royer overvåger petroleumsbaserede og cellulose (træfibre) mikrofibre.

Royer kontrollerer rutinemæssigt status for disse fibre. En postdoktor i Deheyns laboratorium, hun arbejder med industrien for at finde nye bæredygtige muligheder for fibre. Denne forskning er etableret gennem BEST Initiative, en platform grundlagt af Deheyn, der letter interaktionen mellem industri og akademi for at give et rum for samarbejde.

Nøglen til denne undersøgelse var at anskaffe råmaterialefibre skabt af populære kemiske behandlingsmetoder, der i sidste ende kunne påvirke fiberens bionedbrydelighed, som med succes er blevet implementeret med fiberproducenter såsom den østrigske Lenzing Group. Forskerne håber at kunne løse to grundlæggende spørgsmål:hvilke jomfruelige materialer nedbryder i havmiljøet, og hvilken proces i forsyningskæden ændrer nedbrydningen af ​​tekstiler.

Deheyn planlagde oprindeligt ikke at studere mikroplast; han har faktisk specialiseret sig i biofluorescens. Men han lagde mærke til mærkelige materialer, der glødede i hans prøver. I starten han troede, de bare var ridser på linsen, men han fandt ud af, at de faktisk var mikrofibre.

Deheyns observation af fluorescerende forurenende stoffer førte til nye muligheder. 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.

Teknikken, 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 bachelorstuderende ved UC San Diego. "Med sådanne teknologier, Vi kan lettere behandle prøver fra hele verden og skabe en bedre forståelse af mikroplastfordeling. "

Deheyn bruger denne teknologi til at analysere vandprøver, der er taget fra Scripps -molen siden 1970'erne. Disse prøver 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 særlige plastforurening mærkbar.

På den anden side af molen, efterforbrugerplast, såsom vandflasker og yoghurtkopper, samler marine mikrober. Disse organismer hjælper med at nedbryde plast, og Scripps biologiske oceanograf Jeff Bowman er en del af en gruppe, der arbejder på at forstå, hvordan, og hvilke mikrober der er vigtigst.

Bowman arbejder med San Diego-baserede National University om projektet CUREing Microbes on Ocean Plastics, et program, der bruger kursusbaserede bachelorforskningsoplevelser (CURE'er) til at centrere elevernes læring omkring virkelige spørgsmål. Finansieret af National Science Foundation, programmet er fokuseret på plast, specifikt at simulere plastaffald i havet og studere mikroberne, der nedbryder dem. Studerende bliver en del af forskergruppen for at hjælpe med at besvare spørgsmålene omkring mikrober og plastisk nedbrydning.

Hvert par måneder i det sidste halvandet år, en ny klasse fra National University har besøgt Scripps for at kontrollere plasten fra molen. Ved hjælp af disse prøver, Bowman og andre forskere lærer dem om marin mikrobiologi og uddanner dem om plastikforurening. Prøver og data, eleverne indsamler i disse sessioner, indarbejdes derefter i deres kursusforløb for terminen.

Kandidatstuderende i Bowman Lab udfører senere mere detaljerede analyser af prøverne for at bygge et bibliotek med gensekvenser af bakterier, der bygger op på havplast. De håber at lære mere om det marine mikrobielle samfunds evne til at nedbryde plast, og hvordan denne forståelse derefter kunne anvendes til at nedbryde plast i industriel skala.

"Oceanplast er en kæmpe miljøudfordring, men giver også en unik uddannelsesmulighed, "sagde Bowman." Bachelorstuderende hører om havplast i nyhederne og kan se problemet, når de besøger lokale strande. Vi er i stand til at udnytte dette til at opbygge en forståelse af mikrobernes rolle i det marine system, og hvordan mikrober kan være en del af de store miljøløsninger i dette århundrede. "

På trods af bredden af ​​forskning om dette emne, forskere understreger, at vi stadig har meget at lære om mikroplastens virkninger på miljøet, og i sidste ende os. I betragtning af overskrifter, der hævder, at der snart vil være mere plastik i havet end fisk, det er forskning, som det videnskabelige samfund, og samfundet som helhed, er ivrig efter at udforske.

"Dette er kun begyndelsen på vores forståelse af 'plastens biologi'. De er overalt, i luften, vi indånder, vandet vi drikker, maden vi spiser, "sagde Deheyn." Så, vi skal lære at leve med dem omkring os og inde i os. Imidlertid, mens der arbejdes med de grundlæggende videnskabelige spørgsmål, det centrale spørgsmål som et samfund er stadig dårligt behandlet:hvorfor bliver vi ved med at lave materialer, der ikke nedbrydes, og som bliver ved med at akkumulere så meget, at de kvæler vores økosystemer? "