淡水環境中發現微塑料,影響的不僅僅是水生生物
2020年12月31日10:46

  來源:中科院之聲

  微塑料,是指粒徑很小的塑料顆粒、薄膜、碎片、球團以及紡織纖維,是一種造成環境汙染的主要載體。微塑料的粒徑範圍從幾微米到幾毫米,是形狀多樣的非均勻塑料混合體,肉眼往往難以分辨,被形象地稱為“海中的PM2.5”。微塑料體積小,這就意味著更高的比表面積(比表面積指多孔固體物質單位質量所具有的表面積),比表面積越大,吸附的汙染物的能力越強。它相當於成為汙染物的“坐騎”,吸附著汙染物的微塑料可以在環境中到處遊蕩。

  微塑料這一概念是在2004發表的一篇 Science 的文章 “Lost at Sea:where is all the plastic?”中首次提出, 且由於微塑料在海洋環境中的廣泛存在以及對對生物產生的各種確定的以及不確定的危害,得到了各界廣泛關注。2014年,首屆聯合國環境大會上,海洋塑料垃圾汙染被列為 “十大緊迫環境問題之一”,並對微塑料進行特別關注。2015年召開的第二屆聯合國環境大會上,微塑料汙染被列入環境與生態科學研究領域的第二大科學問題,成為與全球氣候變化、臭氧耗竭等並列的重大全球環境問題。

  微塑料正以迅雷不及掩耳之勢蠶食著我們的水生環境

  人類當前的歷史時期被稱為塑料時代,塑料的材料特性,特別是耐用、輕便和耐腐蝕性,使塑料得到廣泛應用,塑料產量逐年遞增。塑料工業從1950年開始發展,2018年全球塑料產量達到3.6億噸。塑料給人們生活帶來了極大便利,但由於其大量消耗、快速廢棄,加上不易降解,和塑料垃圾的收集和回收處理不當,導致陸地上大量的廢棄塑料汙染山川河流,導致“白色汙染”。不僅地表河流、海洋同樣是塑料汙染的重災區。據統計,每年有超過800萬噸塑料被遺棄在海洋,占海洋垃圾的80%,嚴重威脅海洋生態系統。這些塑料垃圾時間日久會形成無數的微塑料顆粒。

  微塑料的痕跡遍佈世界上的各個角落。微塑料通常存在於表層河流、海水、海床、河湖沉積物和海灘。最近甚至最偏遠的極地冰川和深海沉積物中發現微塑料的蹤跡。可以說,微塑料已經遍佈了整個水環境。大塊塑料碎片可以通過打撈等途徑從水環境中部分清除回收,微塑料由於其較小的尺寸,幾乎無法從環境基質中清除。因此,與“白色汙染”塑料相比,微塑料對水生環境的危害程度更深、更嚴重,存在更高的生態風險。

  微塑料來源

  微塑料來源十分廣泛,包括各種塑料包裝、產品,農業生產中使用的地膜,這些廢棄塑料製品暴露在自然環境中被風吹日曬、在風化過程和生物降解等的共同作用下,緩慢地分解這些產物,雖不能被完全降解,但也是在逐漸變小,變成了比顆粒更小的微塑料。微塑料碎片、顆粒表面的裂縫、凹痕是塑料破碎成微塑料的證據。

  另外,塑料微珠通常作為去角質劑中的研磨劑添加到個人護理和化妝品中,在中國購買的幾種常用的洗面奶中塑料微珠的平均濃度高達20,860微珠/g,據估計平均每年有209.7萬億(306.9噸)微塑料微珠排放到中國大陸的水環境中。這些微塑料顆粒、纖維、薄膜等的體積非常小,可以漂浮在水面上,城市的污水處理廠根本沒辦法處理它們,但是它們不能分解,可自由離開污水處理廠,進入其他環境載體中。

  此外,洗衣機洗滌過程從衣物中脫落的細小纖維也是微塑料纖維的重要來源,科學家模擬家用洗滌過程中從合成(聚酯)紡織品釋放的微塑性纖維的定量實驗,實驗表明洗滌6公斤的合成材料所做的衣物,每次可釋放出137,951-728,789條纖維。織物日常使用或穿著的過程中也可以產生一部分微塑料纖維。此外,塑料製品廠泄露的塑料母料、汽車輪胎磨損也會產生大量的微塑料。經過降水、徑流、以及城市污水等途徑,微塑料在各種環境介質中遷移、聚集、累計。

圖1 微塑料的來源
圖1 微塑料的來源

  水體環境中微塑料的特徵

  如今,科學家幾乎在所有環境水域里都發現了微塑料的存在,而且數量還在不斷增加。與傳統的環境汙染物不同,微塑料形狀、大小、密度、顏色和化學組分非常多樣。

  微塑料的形狀取決於微塑料原始形態、塑料顆粒表面的降解過程以及在環境中的存在時間。微塑料常見形狀有:顆粒/球團、碎片、泡沫、纖維以及薄膜。在水體環境中的微塑料主要以纖維為主。

  微塑料粒徑的大小直接影響它們在水環境中的遷移,以及是否會被生物體攝食,與生物安全密切相關。隨著提取及其鑒定技術的發展可檢測到的微塑料的尺寸越來越小。現階段在水體環境中發現的微塑料尺寸範圍變化很大,最常見的微塑料粒徑小於1mm,隨著粒徑的增加,微塑料的數量呈減小趨勢。

  彩色的微塑料更容易被水生生物攝食。在水環境中發現的微塑料顏色豐富多樣,包括:白色、透明、紅色、黃色、綠色、棕色、灰色等。白色和透明的微塑料在水環境中數量最多,在部分地區彩色微塑料更為常見,這與微塑料的來源相關。

  塑料是由具有不同特性的多種化合物製成的聚合物。不同的塑料具有不同的密度,微塑料的密度決定其在水環境中的賦存狀態。密度小於水的微塑料,例如PE,PP,和PS,更容易漂浮水面或在水體中分佈,密度大於水的微塑料則更容易出現在沉積物中。生物作用,汙染物的吸附等會使微塑料的密度變大,低密度的微塑料也會在沉積物中出現。在淡水和海洋環境中分佈的微塑料都以PE,PS,和PP等輕密度微塑料為主,這與他們巨大的需求量相關。此外,淡水環境和海洋環境中微塑料化學成分的一致性為二者之間的聯繫提供了一定的佐證。據預計,海洋系統中百分之70%的微塑料來源於淡水系統。

圖2 水環境中微塑料的特徵
圖2 水環境中微塑料的特徵

  微塑料在食物鏈的富集:人類餐桌上的“微塑料”

  塑料是以單體為原料,通過加聚或縮聚反應聚合而成的高分子化合物,由合成樹脂及填料、增塑劑、穩定劑、潤滑劑、色料等添加劑組成。塑料的單體和添加劑等成分會在塑料用品的使用和處理過程中釋放出來。世界衛生組織國際癌症研究機構將公佈的致癌物清單中,聚乙烯單體在3類致癌物清單中。除單體外,一些常見的塑料添加劑如阻燃劑、增塑劑、熱穩定劑和抗氧化劑都會對水生生物和人類造成危害。例如,塑化劑會破壞動物的內分泌系統,熱穩定劑會對生物產品一定的毒性效應。

  微塑的尺寸和密度會影響生物對微塑料的攝食。微塑料尺寸越小,它們被生物攝食的概率越大。密度小的微塑料更易被水生生物攝食,底棲動物則更容易攝食密度較大的微塑料。科學家預測約有690種海洋生物收到塑料影響,其中至少10%的物種攝入了微塑料。目前在許多水生生物的腸道和組織中發現了微塑料。現階段,攝食微塑料的生物包括:浮遊生物,貝類以及魚類,且發現的攝食微塑料的生物範圍在不斷的擴大。有研究表明,水生生物攝食微塑料,首先會對生物本身造成物理性損傷。這些被生物攝食的微塑料碎片、纖維等通過纏繞和磨損攝食生物的消化道對水生生物的消化系統產生機械磨損及阻塞。消化系統的機械磨損和阻塞會減少水生生物的食物攝取量,產生偽飽腹感等;最終導致饑餓甚至死亡。

  此外,作為汙染物的“坐騎”,微塑料除了攜帶著自身的有毒物質,更攜帶者從周邊環境吸附了大量的化學汙染物如重金屬和持久性有機汙染物進入生物體,從而對生物體造成一定的毒理效應。另外,由於微塑料不易降解且質地較輕,使它很容易在食物鏈中轉移,讓更多動物暴露在有害物質中。

  更令人擔憂的是,微塑料會通過海洋食物鏈傳遞,最終進入人類食物鏈對人體健康安全造成威脅。微塑料已在包括人類作為食物的貝類、食用魚類的動物腸道組織中發現。在對食用的商品魚的研究中發現,食用魚肌肉中的存在多種微塑料,並且微塑料和重金屬在某些物種中呈良好的線性關係。處於食物鏈頂端的人類,在富集作用下,會累積大量的微塑料及汙染物在體內,這些難以消化的小顆粒對人產生難以預計的危害。雖然目前尚未證實微塑料對人體健康存在哪些確切的危害,不過類比PM2.5,不排除微米、納米級的微塑料顆粒進入人體循環系統的可能,如果長期攝入微塑料,也可能會導致一些化學物質在人體集聚,顯然不利於人體健康。當然,這還只是一種推測,關於微塑料對生態和人類健康影響還有待進一步深入研究。

圖3 水生水生物和微塑料
圖3 水生水生物和微塑料

  作者:楊玲、張玉蘭、康世昌

  來源:中國科學院西北生態環境資源研究院

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