模擬的陽(yáng)光揭示了每年海上98％的塑料如何失蹤

數(shù)以千計(jì)的塑料碎片漂浮在海上，這會(huì)在稱為亞熱帶回旋的旋轉(zhuǎn)洋流中形成大的“垃圾碎片”。結(jié)果，對(duì)海洋生物的影響正在增加，并影響著從大型哺乳動(dòng)物到海洋食物網(wǎng)底部細(xì)菌的生物。盡管海上有大量塑料積聚，但僅占向海洋輸入的塑料碎片的1-2%。這種丟失的塑料的命運(yùn)及其對(duì)海洋生物的影響在很大程度上尚不清楚。

看來(lái)，陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的光反應(yīng)可能是海上漂浮的塑料的重要沉陷。陽(yáng)光還可以起到將塑料減小到小于海洋研究所捕獲的尺寸的作用。這一理論可以部分解釋每年有超過(guò)98%的進(jìn)入海洋的塑料會(huì)丟失。然而，直接，實(shí)驗(yàn)證明海洋塑料的光化學(xué)降解仍然很少。

來(lái)自佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)港口分校海洋研究所，華東師范大學(xué)和東北大學(xué)的一組科學(xué)家進(jìn)行了一項(xiàng)獨(dú)特的研究，以幫助闡明海上遺失的塑料碎片的奧秘。他們的工作提供了有關(guān)幾種微塑料的去除機(jī)理和潛在壽命的新穎見(jiàn)解。

對(duì)于發(fā)表在《危險(xiǎn)材料雜志》上的這項(xiàng)研究，研究人員選擇了在海洋表面普遍發(fā)現(xiàn)的塑料聚合物，并使用太陽(yáng)模擬器系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行了輻照。樣品在模擬陽(yáng)光下照射大約兩個(gè)月，以捕獲塑料溶解的動(dòng)力學(xué)。二十四小時(shí)相當(dāng)于在亞熱帶海洋回旋地表水中約一個(gè)太陽(yáng)日的光化學(xué)暴露。為了評(píng)估這些塑料的物理和化學(xué)光降解作用，研究人員使用了光學(xué)顯微鏡，電子顯微鏡和傅立葉變換紅外(FT-IR)光譜。

結(jié)果表明，模擬的陽(yáng)光增加了水中的溶解碳含量，并使這些微小的塑料顆粒變得更細(xì)。它還會(huì)破碎，氧化并改變輻照聚合物的顏色。去除速率取決于聚合物化學(xué)性質(zhì)。工程塑料溶液(再生塑料)的降解速度比聚丙烯(例如，消費(fèi)品包裝)和聚乙烯(例如，塑料袋，塑料薄膜以及包括瓶子的容器)降解得更快，而聚丙烯是研究中最耐光的聚合物。

根據(jù)塑性質(zhì)量損失的線性外推法，工程聚合物溶液(2.7年)和北太平洋渦流(2.8年)樣品的壽命最短，其次是聚丙烯(4.3年)，聚乙烯(33年)和標(biāo)準(zhǔn)聚乙烯( 49年)，用于板條箱，托盤(pán)，牛奶和果汁瓶以及食品包裝瓶蓋。

“對(duì)于大多數(shù)光反應(yīng)性微塑料，例如膨脹的聚苯乙烯和聚丙烯，日光可能會(huì)迅速?gòu)暮Ｋ腥コ@些聚合物。其他較難光降解的微塑料，例如聚乙烯，即使它們保留在海面，也可能需要數(shù)十至幾個(gè)世紀(jì)的時(shí)間才能降解。”趙士業(yè)博士，高級(jí)作者，博士后研究員，在特雷西·明瑟(Tracy Mincer)實(shí)驗(yàn)室工作，是FAU港口分校和Harriet L. Wilkes榮譽(yù)學(xué)院的生物學(xué)/生物地球化學(xué)助理教授。“此外，當(dāng)這些塑料在海上溶解時(shí)，它們會(huì)釋放出具有生物活性的有機(jī)化合物，這些化合物以總?cè)芙獾挠袡C(jī)碳來(lái)衡量，這是陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的塑料光降解的主要副產(chǎn)物。”

Zhao和合作者還檢查了塑料衍生的溶解有機(jī)碳對(duì)海洋微生物的可生化性。與天然生物不穩(wěn)定的海洋溶解有機(jī)碳相比，這些溶解有機(jī)物似乎具有廣泛的生物可降解性，并且在海洋中的下降。但是，其中一些有機(jī)物或其共浸出液可能會(huì)抑制微生物活性。海洋細(xì)菌容易利用大多數(shù)塑料光降解時(shí)釋放的溶解有機(jī)碳。

“塑料在海洋光降解過(guò)程中釋放生物抑制化合物的潛力可能影響微生物群落的生產(chǎn)力和結(jié)構(gòu)，對(duì)海洋的生物地球化學(xué)和生態(tài)產(chǎn)生未知的后果，”趙說(shuō)。“我們研究中的四種聚合物之一對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生了負(fù)面影響。需要更多的工作來(lái)確定光降解塑料釋放生物抑制化合物是普遍現(xiàn)象還是罕見(jiàn)現(xiàn)象。”

該研究的樣品包括回收后的塑料制成的消費(fèi)后的微塑料，例如洗發(fā)水瓶和一次性便當(dāng)盒(聚乙烯，聚丙烯和膨脹的聚苯乙烯)以及標(biāo)準(zhǔn)聚乙烯，以及從北太平洋地表水收集的塑料碎片。回轉(zhuǎn) 隨機(jī)選擇每種聚合物類型的總計(jì)480個(gè)清潔片，稱重并分為兩組。