Naukowcy z Penn State odkryli, że poziom mikroplastiku w słodkiej wodzie wzrósł wraz z globalną produkcją tworzyw sztucznych, choć nieoczekiwanie spadł w latach 2010–2020, prawdopodobnie z powodu wysiłków w zakresie recyklingu.
Nowe badanie przeprowadzone przez interdyscyplinarny zespół z Penn State pokazuje, że mikrodrobiny plastiku gromadzą się w środowiskach słodkowodnych od dziesięcioleci, co jest ściśle powiązane ze wzrostem światowej produkcji tworzyw sztucznych od lat pięćdziesiątych XX wieku. Naukowcy sugerują, że ich odkrycia dostarczają cennych informacji na temat ruchu i rozprzestrzeniania się mikroplastików w systemach słodkowodnych, co może mieć kluczowe znaczenie dla opracowania zrównoważonych strategii ograniczania zanieczyszczeń.
Praca jest już dostępna w internecie, a jej publikacja ukaże się w grudniowym numerze miesięcznika Nauka o środowisku całkowitym.
„Niewiele badań bada, jak mikroplastiki zmieniają się w czasie” – powiedział Nathaniel Warner, profesor nadzwyczajny inżynierii lądowej i środowiskowej oraz współautor artykułu. „Nasz system jest jednym z pierwszych, który monitoruje poziom mikroplastiku w osadach słodkowodnych od lat pięćdziesiątych XX wieku do chwili obecnej, co pokazuje, że stężenie rośnie wraz z produkcją tworzyw sztucznych”.
Mikroplastiki to maleńkie cząsteczki plastiku o wielkości od jednego mikrometra, czyli 1/100 szerokości ludzkiego włosa, do pięciu milimetrów, czyli mniej więcej wielkości gumki do ołówka. Mogą pochodzić z większych tworzyw sztucznych, które rozkładają się na mniejsze kawałki lub być wykonane bezpośrednio przez producentów. Na potrzeby tego badania zespół zbadał rdzenie osadów słodkowodnych z czterech zlewni w Pensylwanii: rzeki Kiskiminetas, Blacklick Creek, jeziora Raystown i Darby Creek.
Nieoczekiwane wyniki: gęstość zaludnienia i użytkowanie gruntów
Wbrew oczekiwaniom zespołu badanie nie wykazało korelacji między gęstością zaludnienia lub użytkowaniem gruntów a wysokim poziomem mikroplastiku.
„Na podstawie innych ustaleń zawartych w literaturze okazało się, że to, co uważaliśmy za ważne, nie okazało się czynnikiem wpływającym na zróżnicowanie mikroplastiku w różnych lokalizacjach, zwłaszcza odsetkiem mikroplastiku związanym z obszarem zabudowanym i gęstością zaludnienia” – powiedziała Lisa Emili, profesor nadzwyczajny fizyki geografii i studiów środowiskowych w Penn State Altoona oraz współautor artykułu.
Naukowcy stwierdzili również, że byli zaskoczeni odkryciem, że choć akumulacja mikroplastiku rosła z każdą dekadą do 2010 r., to w latach 2010–2020 malała.
„Chociaż jest to wstępne ustalenie, które wymaga dalszych badań, spadek ten może być powiązany ze zwiększonymi wysiłkami w zakresie recyklingu” – stwierdziła Emili.
Według amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska, wysiłki w zakresie recyklingu tworzyw sztucznych znacznie wzrosły w latach 1980–2010. Chociaż produkcja tworzyw sztucznych również wzrosła, odsetek tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu wzrósł z niecałych 0,3% w 1980 r. do prawie 8% w 2010 r.
Wgląd w paradoks „brakujących tworzyw sztucznych”.
Ponadto Raymond Najjar, profesor oceanografii i współautor artykułu, stwierdził, że to badanie może rzucić światło na paradoks „brakujących tworzyw sztucznych”. Ten paradoks podważa wiedzę badaczy na temat odpadów z tworzyw sztucznych w oceanie, ponieważ podczas gdy szacunki wskazują, że każdego roku do oceanu przedostaje się od 7 000 do 25 000 kiloton plastikuUważa się, że na powierzchni unosi się jedynie około 250 kiloton.
„To sugeruje, że ujścia rzek, zwłaszcza bagna pływowe, mogą zatrzymywać tworzywa sztuczne przenoszone przez rzeki, zanim dotrą do oceanu” – stwierdził Najjar, który wcześniej opublikował artykuł w „ Granice nauk o morzu na symulacjach ujść filtrów. „To może wyjaśniać, dlaczego na powierzchni oceanu unosi się znacznie mniej plastiku w porównaniu z ilością, jaką można się spodziewać, biorąc pod uwagę dopływ do oceanu przez rzeki”.
Warner stwierdziła, że odkrycia te sugerują, że w miarę używania coraz większej ilości plastiku w wodzie i osadach będzie nadal wzrastać ilość mikroplastiku.
„Ludzie połykają plastik podczas jedzenia i picia oraz wdychają go podczas oddychaniaa długoterminowe skutki dopiero zaczynają być badane” – powiedział Warner. „Musimy jednak dowiedzieć się, jak uwalniać mniej plastiku do środowiska oraz jak zmniejszyć jego zużycie i narażenie”.
Zdaniem Emili, aby takie badanie zakończyło się sukcesem, potrzebny jest interdyscyplinarny zespół.
Siła współpracy interdyscyplinarnej
„To badanie pokazuje szeroką wiedzę specjalistyczną Penn State, skupiającą zespół z trzech kampusów, pięciu szkół wyższych i pięciu dyscyplin” – powiedziała Emili. „Połączyliśmy uzupełniające się zestawy umiejętności z naszych dziedzin chemii, inżynierii, hydrologii, oceanografii i gleboznawstwa”.
Ten projekt badawczy był początkowo finansowany z grantu zalążkowego Instytutu Energii i Środowiska.
„Ten finansowany projekt naprawdę posłużył jako «inkubator» dla kontynuacji i rozszerzenia naszych prac badających losy i transport mikrodrobin plastiku w środowiskach słodkowodnych, ze szczególnym uwzględnieniem lokalizacji przybrzeżnych” – stwierdziła Emili.
Najjar zgodził się i powiedział, że chciałby uzyskać bardziej wszechstronną ocenę wychwytywania tworzyw sztucznych przenoszonych przez rzeki w ujściach rzek.
„Od dawna wiemy, że ujścia rzek w dużym stopniu przetwarzają materiały przenoszone przez rzeki, takie jak węgiel, osad i składniki odżywcze, a przetwarzanie to ma duży wpływ na to, co ostatecznie dociera do oceanu” – powiedział Najjar. „Myślę, że ujścia rzek mogłyby funkcjonować w podobny sposób w przypadku tworzyw sztucznych, ale potrzebujemy czegoś więcej niż tylko badania modelowego i pojedynczego rdzenia. Musimy wziąć pod uwagę prawdopodobne źródła i pochłaniacze tworzyw sztucznych dla danego systemu, takie jak rzeki, atmosfera, osady w ujściach rzek i bagna”.
Warner dodał, że ma nadzieję zbadać, jak skład i rodzaje mikrodrobin plastiku zmieniały się na przestrzeni czasu oraz ocenić, jak ewoluowały powiązane z nimi zagrożenia dla zdrowia.
Odniesienie: „Dekadalne zmiany w akumulacji mikroplastików w osadach słodkowodnych: ocena czynników wpływających”: Jutamas Bussarakum, William D. Burgos, Samuel B. Cohen, Kimberly Van Meter, Jon N. Sweetman, Patrick J. Drohan, Raymond G. Najjar, Jill M. Arriola, Katharina Pankratz, Lisa A. Emili i Nathaniel R. Warner, 1 października 2024 r., Nauka o środowisku całkowitym.
DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.176619
Oprócz Emili, Najjar i Warnera do innych badaczy z Penn State, którzy wnieśli swój wkład w badanie, należą: Jutamas Bussarakum, główny autor i doktorant na Wydziale Inżynierii Lądowej i Środowiska; William Burgos, profesor na Wydziale Inżynierii Lądowej i Środowiska; Samual Cohen, który na początku tego roku uzyskał tytuł magistra geografii; Kimberly Van Meter, adiunkt na Wydziale Geografii; Jon Sweetman, adiunkt w Katedrze Nauki i Zarządzania Ekosystemami; Patrick Drohan, profesor w Katedrze Nauki i Zarządzania Ekosystemami; Jill Arriola, adiunkt w Katedrze Meteorologii i Nauk o Atmosferze; oraz Katharina Pankratz, która na początku tego roku uzyskała stopień doktora w dziedzinie inżynierii lądowej i środowiskowej.
Badania te wsparły amerykańska Narodowa Fundacja Naukowa, program Commonwealth Campus Center Nodes (C3N) stanu Penn oraz Instytut Energii i Środowiska.
