Mikroplastiki w atmosferze mogą zmieniać pogodę i klimat, ułatwiając tworzenie się lodu w chmurach. Badania Penn State sugerują, że cząstki te mogą wpływać na wzorce opadów i klimat, chociaż ich pełne skutki pozostają nieznane.
Naukowcy odkryli mikroplastik – maleńkie cząstki plastiku o wielkości mniejszej niż 5 milimetrów – w niektórych z najbardziej nietkniętych miejsc na planecie, od głębi rowu Mariana po ośnieżony szczyt Everestu, a nawet w chmurach nad górami w Chinach i Japonii. Mikroplastik znaleziono także w ludzkiej tkance mózgowej, wewnątrz żółwi morskich, a nawet w korzeniach roślin. Nowe badania prowadzone przez naukowców z Penn State sugerują, że unoszące się w powietrzu mikroplastiki mogą wpływać na warunki pogodowe i klimat.
Badanie opublikowane w czasopiśmie Nauka i technologia o środowisku: powietrzewykazali, że mikroplastiki działają jak cząstki zarodkujące lód, mikroskopijne aerozole, które ułatwiają tworzenie się kryształków lodu w chmurach.
Oznacza to, że mikroplastiki mogą wpływać na wzorce opadów, prognozowanie pogody, modelowanie klimatu, a nawet bezpieczeństwo lotnicze, wpływając na sposób, w jaki atmosferyczne kryształki lodu tworzą chmury, wyjaśniła Miriam Freedman, profesor chemii w Penn State i główna autorka artykułu.
„W ciągu ostatnich dwudziestu lat badań nad mikrodrobinami plastiku naukowcy odkryli, że są one wszędzie, więc jest to kolejny element tej układanki” – powiedział Freedman. „Teraz jest jasne, że musimy lepiej zrozumieć, w jaki sposób oddziałują one z naszym systemem klimatycznym, ponieważ udało nam się wykazać, że mikroplastik może wywołać proces tworzenia się chmur”.
Analiza laboratoryjna zachowania mikroplastików
W kontrolowanym środowisku laboratoryjnym naukowcy zbadali aktywność zamrażania czterech różnych rodzajów mikroplastików: polietylenu o małej gęstości (LDPE), polipropylenu (PP), polichlorku winylu (PVC) i politereftalanu etylenu (PET). Zespół zawiesił cztery rodzaje tworzyw sztucznych w małych kropelkach wody i powoli je schładzał, aby obserwować, jak mikroplastik wpływa na tworzenie się lodu.
Odkryli, że średnia temperatura zamarzania kropelek była o 5–10 stopni wyższa niż kropelek bez mikroplastiku. Zazwyczaj atmosferyczna kropelka wody bez żadnych defektów zamarza w temperaturze około -38 stopni Celsjusz– wyjaśniła Heidi Busse, absolwentka Penn State i główna autorka artykułu. Każdy rodzaj defektu w kropli wody, niezależnie od tego, czy jest to kurz, bakterie czy mikroplastiki, może spowodować, że lód zacznie się formować – lub zarodkować – wokół niego. Ta maleńka struktura wystarczy, aby kropla wody zamarzła w wyższych temperaturach.
„W przypadku naszych mikroplastików 50% kropelek w przypadku większości badanych tworzyw sztucznych zamarzło o minus 22 stopnie Celsjusza” – powiedział Busse. „Okazuje się, że jeśli wprowadzisz coś nierozpuszczalnego, wprowadzisz defekt do tej kropelki, która może zarodkować lód w wyższych temperaturach”.
Nie jest do końca jasne, co to odkrycie oznacza dla pogody i klimatu, wyjaśnił Freedman, ale sugeruje, że mikroplastiki prawdopodobnie już wywierają wpływ. Dodała, że chmury o fazie mieszanej, takie jak puszysty cumulus, kocowy stratus i ciemne, złowieszcze chmury nimbowe, zawierają kombinację wody płynnej i zamarzniętej. Chmury te mogą być szeroko rozpowszechnione w całej atmosferze, łącznie z klasycznymi chmurami w kształcie „kowadeł”, które mogą tworzyć się podczas burz.
„Kiedy układ powietrza jest taki, że kropla unosi się do atmosfery i ochładza, wtedy mikroplastiki mogą wpływać na warunki pogodowe i tworzyć lód w chmurach” – powiedział Freedman, który jest również powiązany z Departamentem Meteorologii i Nauk o Atmosferze stanu Penn. „W zanieczyszczonym środowisku zawierającym znacznie więcej cząstek aerozolu, takich jak mikroplastiki, rozprowadzasz dostępną wodę pomiędzy znacznie większą liczbą cząstek aerozolu, tworząc mniejsze kropelki wokół każdej z tych cząstek. Im więcej kropelek, tym mniej deszczu, ale ponieważ kropelki padają dopiero wtedy, gdy staną się wystarczająco duże, gromadzisz więcej wody w chmurze, zanim kropelki staną się wystarczająco duże, aby spaść, w wyniku czego opady będą cięższe, gdy spadnie. komes.”
Mikroplastik i ocieplenie klimatu
Ogólnie rzecz biorąc, chmury chłodzą Ziemię, odbijając promieniowanie słoneczne, ale niektóre chmury na pewnych wysokościach mogą mieć efekt ocieplający, pomagając w zatrzymywaniu energii emitowanej przez Ziemię, wyjaśnił Freedman. Ilość ciekłej wody w stosunku do ilości lodu jest ważna przy określaniu, w jakim stopniu chmury będą miały efekt ocieplający lub chłodzący. Freedman powiedział, że jeśli mikroplastiki wpływają na powstawanie chmur mieszanych, prawdopodobnie wpływają również na klimat, ale niezwykle trudno jest modelować ich ogólny wpływ.
„Wiemy, że fakt, że mikroplastiki mogą zarodkować lód, ma daleko idące skutki, ale nie jesteśmy jeszcze do końca pewni, jakie to są” – powiedział Busse. „Możemy myśleć o tym na wielu różnych poziomach, nie tylko w kategoriach silniejszych burz, ale także zmian w rozpraszaniu światła, które mogą mieć znacznie większy wpływ na nasz klimat”.
Naukowcy odkryli również, że starzenie się środowiska, czyli naturalne procesy fotochemiczne, którym z biegiem czasu ulegają cząstki aerozolu, mogą znacząco zmienić sposób interakcji cząstek z gazami i parami w atmosferze. Zespół przeprowadził symulację starzenia się środowiska, wystawiając mikroplastiki na działanie światła, ozonu i kwasów, aby sprawdzić, czy zmienia to ich zdolność do tworzenia lodu.
Odkryli, że wszystkie przetestowane tworzywa sztuczne mogą tworzyć lód, ale starzenie się ogólnie zmniejsza zdolność LDPE, PP i PET do tworzenia lodu. Natomiast starzenie zwiększa zdolność PVC do tworzenia lodu z powodu niewielkich zmian na jego powierzchni spowodowanych starzeniem.
Następnie zespół zamierza zbadać różne dodatki powszechnie stosowane w tworzywach sztucznych, takie jak plastyfikatory, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób powszechnie stosowane tworzywa sztuczne mogą wpływać na atmosferę ziemską.
„Wiemy, że pełny cykl życia tych plastikowych przedmiotów, których używamy na co dzień, może zmieniać właściwości fizyczne i optyczne ziemskich chmur, a tym samym w jakiś sposób zmieniać klimat, ale wciąż musimy się wiele dowiedzieć o tym, czym dokładnie są co robię” – powiedział Busse.
Odniesienie: „Nieskazitelne i starzejące się mikroplastiki mogą zarodkować lód poprzez zamrażanie zanurzeniowe”, Heidi L. Busse, Devaka Dharmapriya Ariyasena, Jessica Orris i Miriam Arak Freedman, 7 listopada 2024 r., ACS ES&T Air.
DOI: 10.1021/acsestair.4c00146
Inni autorzy artykułu to Devaka Ariyasena i Jessica Orris, absolwentki Penn State. Badania te wsparła amerykańska Narodowa Fundacja Nauki, którą ułatwiło Laboratorium Charakteryzacji Materiałów w Penn State.
