Havet er fyldt med små plastikpartikler - vi fandt en måde at spore dem med satellitter

Plast er den mest almindelige type af affald, der flyder i verdenshavene. Bølger og sollys nedbryder meget af det til mindre partikler kaldet mikroplastik - fragmenter mindre end 5 millimeter på tværs, nogenlunde på størrelse med et sesamfrø.

For at forstå, hvordan mikroplastikforurening påvirker havet, videnskabsmænd skal vide, hvor meget der er, og hvor det ophobes. De fleste data om mikroplastikkoncentrationer kommer fra kommercielle skibe og forskningsskibe, der trækker planktonnet – lange, kegleformede net med meget fint net designet til opsamling af marine mikroorganismer.

Men nettrawl kan kun prøve små områder og undervurderer muligvis sande plastikkoncentrationer. Undtagen i det nordlige Atlanterhav og det nordlige Stillehav - store zoner, hvor havstrømmene roterer, indsamling af flydende affald - videnskabsmænd har lavet meget lidt prøveudtagning for mikroplast. Og der er sparsom information om, hvordan disse partiklers koncentrationer varierer over tid.

For at besvare disse spørgsmål, University of Michigan forskningsassistent Madeline Evans og jeg udviklede en ny måde at detektere mikroplastikkoncentrationer fra rummet ved hjælp af NASA's Cyclone Global Navigation Satellite System. CYGNSS er et netværk af otte mikrosatellitter, der blev lanceret i 2016 for at hjælpe forskere med at forudsige orkaner ved at analysere tropiske vindhastigheder. De måler, hvordan vinden gør havets overflade ru - en indikator, som vi indså, kunne også bruges til at detektere og spore store mængder mikroplast.

Leder efter glatte zoner

Den årlige globale produktion af plastik er steget hvert år siden 1950'erne, nåede 359 millioner tons i 2018. Meget af det ender i åbent, ukontrollerede lossepladser, hvor det kan skylle ind i flodafvandingszoner og i sidste ende ud i verdenshavene.

Forskere dokumenterede først plastikrester i havene i 1970'erne. I dag, det tegner sig for anslået 80% til 85% af havaffald.

Radarerne på CYGNSS-satellitter er designet til at måle vind over havet indirekte ved at måle, hvordan de gør vandoverfladen ru. Vi vidste, at når der flyder meget materiale i vandet, vind gør den ikke så ru. Så vi prøvede at beregne, hvor meget jævnere målinger viste, at overfladen var, end den burde have været, hvis vinde med samme hastighed blæste hen over klart vand.

Denne anomali - den "manglende ruhed" - viser sig at være stærkt korreleret med koncentrationen af ​​mikroplast nær havoverfladen. Sagt på en anden måde, områder, hvor overfladevandet ser ud til at være usædvanligt glat, indeholder ofte høje koncentrationer af mikroplast. Glatheden kan være forårsaget af selve mikroplastikken, eller muligvis af noget andet, der er forbundet med dem.

Ved at kombinere alle målinger foretaget af CYGNSS-satellitter, når de kredser rundt om verden, vi kan skabe globale time-lapse-billeder af havets mikroplastikkoncentrationer. Vores billeder identificerer let Great Pacific Garbage Patch og sekundære områder med høj mikroplastikkoncentration i Nordatlanten og de sydlige oceaner.

Sporing af mikroplastikstrømme over tid

Da CYGNSS sporer vindhastigheder konstant, det lader os se, hvordan koncentrationer af mikroplast ændrer sig over tid. Ved at animere et års billeder, vi afslørede sæsonvariationer, som ikke tidligere var kendt.

Vi fandt ud af, at globale koncentrationer af mikroplast har en tendens til at toppe i Nordatlanten og Stillehavet i sommermånederne på den nordlige halvkugle. juni og juli, for eksempel, er topmånederne for Great Pacific Garbage Patch.

Koncentrationerne på den sydlige halvkugle topper i sommermånederne januar og februar. Lavere koncentrationer i løbet af vinteren i begge halvkugler skyldes sandsynligvis en kombination af stærkere strømme, der nedbryder mikroplastikfaner og øget vertikal blanding - udvekslingen mellem overflade og dybere vand - der transporterer noget af mikroplasten ned under overfladen.

Denne tilgang kan også målrettes mod mindre regioner over kortere perioder. For eksempel, vi undersøgte episodiske udstrømningsbegivenheder fra mundingen af ​​Kinas Yangtze- og Qiantang-floder, hvor de munder ud i Det Østkinesiske Hav. Disse begivenheder kan have været forbundet med stigninger i industriel produktionsaktivitet, eller med stigninger i den hastighed, hvormed forvalterne tillod floderne at strømme gennem dæmninger.

Bedre målretning for oprydning

Vores forskning har flere potentielle anvendelsesmuligheder. Private organisationer, såsom The Ocean Cleanup, en nonprofitorganisation i Holland, og Clewat, en finsk virksomhed med speciale i ren teknologi, bruge specielt udstyrede skibe til at indsamle, genbruge og bortskaffe havaffald og affald. Vi har indledt samtaler med begge grupper og håber på sigt at hjælpe dem med at implementere deres flåder mere effektivt.

Vores rumbårne billeder kan også bruges til at validere og forbedre numeriske forudsigelsesmodeller, der forsøger at spore, hvordan mikroplastik bevæger sig gennem havene ved hjælp af havcirkulationsmønstre. Forskere er ved at udvikle flere sådanne modeller.

While the ocean roughness anomalies that we observed correlate strongly with microplastic concentrations, our estimates of concentration are based on the correlations that we observed, not on a known physical relationship between floating microplastics and ocean roughness. It could be that the roughness anomalies are caused by something else that is also correlated with the presence of microplastics.

One possibility is surfactants on the ocean surface. These liquid chemical compounds, which are widely used in detergents and other products, move through the oceans in ways similar to microplastics, and they also have a damping effect on wind-driven ocean roughening.

Further study is needed to identify how the smooth areas that we identified occur, and if they are caused indirectly by surfactants, to better understand exactly how their transport mechanisms are related to those of microplastics. But I hope this research can be part of a fundamental change in tracking and managing microplastic pollution.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.