人类和塑料的关系可能比你想象得还要“亲密”。除了生活中接触到的各种塑料制品,塑料还会降解成直径从0.1到5000微米不等的塑料微粒。这些微粒在陆地上随处可见,也被发现存在于河流、海洋甚至北极。本世纪初,人们首次在海洋中发现微塑料的存在,至今已有不少研究聚焦于这些小小颗粒的降解和迁移过程。如今人们发现,它们不仅会走水路,还会“借东风”。
《自然—地球科学》本月发表了一项研究,法国国家科学研究中心的研究团队跑到人迹罕至的偏远山地,收集大气中的沉积物样本,发现其中含有大量塑料微粒。模拟实验表明,这些塑料微粒通过大气旅行,最初动身之地距离落脚处可达100公里。
粒径5毫米以下的塑料颗粒被称为微塑料,通常以碎片、纤维等形式存在。中国科学院水生生物研究所助理研究员熊雄告诉《中国科学报》,微塑料的来源主要分为两种。
一种是生产时体积就很小的原生微塑料,常见于带有磨砂成分的个人护理品,在人类使用过程中进入水体。另一种是原本体积较大的塑料,经过光照、氧化、机械磨损等作用,逐步降解为微塑料。在此过程中,有些微塑料可进一步降解至微米甚至纳米级别,因而有更高风险进入到细胞或生物体内,甚至对整个食物链产生影响。
先前对微塑料的研究较多集中于水体环境。从马里亚纳海沟到南极圈冰冻层,都已发现微塑料的存在。
在中国,一些较为偏远的水体如西藏、青海等地的湖泊,也已检测到不同浓度的微塑料。有研究指出,河流是海洋中微塑料的重要输送来源。熊雄等人调查长江中下游水体的微塑料污染情况后发现,内陆水体不仅是微塑料从陆地到海洋的传输渠道,其本身也聚集了数量可观的微塑料。研究结果显示,长江中下游的微塑料浓度均值约为每平方千米50万个微塑料颗粒。这一结果在采用相似方法的河流中处于中等偏高水平。
如果说前述研究探讨的是微塑料如何在水体中停留和沉积,那么接下来的研究则发现,一旦微塑料体积足够小,它们的旅程就可以走得足够远。这意味着除了潜入水底,微塑料占据的领土达到了前所未有的广度。之前有科学家曾对城市周边的大气微塑料含量进行研究,确认了大气沉降是表层土壤微塑料污染的源头之一,但当时并没有观点认为微塑料会迁移到非常远的地方。
《自然—地球科学》此次发表的文章指出,微塑料可能会通过大气“长途旅行”。为了搞清微塑料可以走多远,Deonie Allen等研究人员在法国西南部的比利牛斯山脉进行了长达5个月的追踪研究。离他们选取的研究点最近的城市在近百公里外。科学家从灰尘、雨水和雪中提取沉积物,对从中获得的微塑料类型和大小进行区分,并计算了相应的个数和含量。
科学家发现,单位平方米中存在不同比例、不同形态的微塑料,如碎片、薄膜和纤维。测量区域的微塑料日沉积率约为365个颗粒/平方米。建立大气模型进行模拟后,科学家推测这些微塑料在到达偏远山区之前,最可能产生于周边的城市。塑料微粒在大气中游荡,最终降落在几十公里外的山区土壤中。文章指出,微塑料的体积和重量足够小后便能在大气中漂浮。这也意味着,它们不可能被绝对清理干净。
因此Allen等人建议,目前唯一可行的办法就是从源头控制塑料的使用。
从难以察觉的细小微粒到海洋中体量庞大的“怪物”,人们研究塑料垃圾造成的污染由来已久,相对应的研究手段也各不相同。熊雄等人在长江中下游进行调查时,将333微米孔径的拖网放置在水体中拖曳,进行样品收集。
英国海洋生物协会近日发表的一项针对塑料垃圾数量的调查,也采用在水体中拖曳的方式,利用一种名为浮游生物连续记录仪的采集器,拖曳距离累计超过1200万公里。徐笠告诉《中国科学报》,采集水体样本后,在实验室中往往还需要经过一系列处理。过滤就是一种常见手段。研究者根据微塑料的体积大小选择有适合孔隙的过滤膜。硝酸纤维、醋酸纤维、尼龙等是常见的滤膜材质。
徐笠指出,“膜的选择应根据具体实验要求,其孔隙大小和材质是需要重点考虑的问题。样品过滤后,通常含有有机质、藻类等各种干扰杂质,这些干扰因素可以用双氧水等进行消解,再用消解液过滤一遍,留在滤膜上的就是微塑料了。”如果想测定土壤中的微塑料,在过滤之前还要经历一道浮选的过程。浮选的溶液有氯化钠、碘化钠、氯化锌等。利用不同浮选液密度,可将不同类型的微塑料从土壤中浮选出来。
“这也是为什么调查土壤中的微塑料更为困难,因为微塑料沉积在土壤中,较难浮选出来。目前通用的解决办法是多次浮选,增加微塑料的回收率。”徐笠说。这之后,研究者会在显微镜下观察样品大小、形状、颜色等特征,并用红外光谱或拉曼光谱对所选样本的具体种类进行鉴定。章海波表示,受技术条件影响,目前研究主要还是以野外调查与室内模拟相结合,标记示踪也是一种方法。
“但技术上目前对土壤中微塑料的分离分析方法还不够完善,受土壤复杂介质的影响较大。”“目前微塑料相关研究还没有一个统一的标准方法,未来还应制定统一的采样和样品处理方法,让微塑料研究更规范、环境浓度数据可比性更强。”熊雄表示。