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模拟的阳光揭示了每年海上98%的塑料如何失踪

数以千计的塑料碎片漂浮在海上,这会在称为亚热带回旋的旋转洋流中形成大的“垃圾碎片”。结果,对海洋生物的影响正在增加,并影响着从大型哺乳动物到海洋食物网底部细菌的生物。尽管海上有大量塑料积聚,但仅占向海洋输入的塑料碎片的1-2%。这种丢失的塑料的命运及其对海洋生物的影响在很大程度上尚不清楚。

看来,阳光驱动的光反应可能是海上漂浮的塑料的重要沉陷。阳光还可以起到将塑料减小到小于海洋研究所捕获的尺寸的作用。这一理论可以部分解释每年有超过98%的进入海洋的塑料会丢失。然而,直接,实验证明海洋塑料的光化学降解仍然很少。

来自佛罗里达大西洋大学港口分校海洋研究所,华东师范大学和东北大学的一组科学家进行了一项独特的研究,以帮助阐明海上遗失的塑料碎片的奥秘。他们的工作提供了有关几种微塑料的去除机理和潜在寿命的新颖见解。

对于发表在《危险材料杂志》上的这项研究,研究人员选择了在海洋表面普遍发现的塑料聚合物,并使用太阳模拟器系统对其进行了辐照。样品在模拟阳光下照射大约两个月,以捕获塑料溶解的动力学。二十四小时相当于在亚热带海洋回旋地表水中约一个太阳日的光化学暴露。为了评估这些塑料的物理和化学光降解作用,研究人员使用了光学显微镜,电子显微镜和傅立叶变换红外(FT-IR)光谱。

结果表明,模拟的阳光增加了水中的溶解碳含量,并使这些微小的塑料颗粒变得更细。它还会破碎,氧化并改变辐照聚合物的颜色。去除速率取决于聚合物化学性质。工程塑料溶液(再生塑料)的降解速度比聚丙烯(例如,消费品包装)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。

根据塑性质量损失的线性外推法,工程聚合物溶液(2.7年)和北太平洋涡流(2.8年)样品的寿命最短,其次是聚丙烯(4.3年),聚乙烯(33年)和标准聚乙烯( 49年),用于板条箱,托盘,牛奶和果汁瓶以及食品包装瓶盖。

“对于大多数光反应性微塑料,例如膨胀的聚苯乙烯和聚丙烯,日光可能会迅速从海水中去除这些聚合物。其他较难光降解的微塑料,例如聚乙烯,即使它们保留在海面,也可能需要数十至几个世纪的时间才能降解。”赵士业博士,高级作者,博士后研究员,在特雷西·明瑟(Tracy Mincer)实验室工作,是FAU港口分校和Harriet L. Wilkes荣誉学院的生物学/生物地球化学助理教授。“此外,当这些塑料在海上溶解时,它们会释放出具有生物活性的有机化合物,这些化合物以总溶解的有机碳来衡量,这是阳光驱动的塑料光降解的主要副产物。”

Zhao和合作者还检查了塑料衍生的溶解有机碳对海洋微生物的可生化性。与天然生物不稳定的海洋溶解有机碳相比,这些溶解有机物似乎具有广泛的生物可降解性,并且在海洋中的下降。但是,其中一些有机物或其共浸出液可能会抑制微生物活性。海洋细菌容易利用大多数塑料光降解时释放的溶解有机碳。

“塑料在海洋光降解过程中释放生物抑制化合物的潜力可能影响微生物群落的生产力和结构,对海洋的生物地球化学和生态产生未知的后果,”赵说。“我们研究中的四种聚合物之一对细菌产生了负面影响。需要更多的工作来确定光降解塑料释放生物抑制化合物是普遍现象还是罕见现象。”

该研究的样品包括回收后的塑料制成的消费后的微塑料,例如洗发水瓶和一次性午餐盒(聚乙烯,聚丙烯和膨胀聚苯乙烯)以及标准聚乙烯,以及从北太平洋地表水收集的塑料碎片。回转随机选择每种聚合物类型的总计480个清洁片,称重并分为两组。

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