? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?科普 | 從大氣到極地雪冰：微塑料無(wú)處不在

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2020-6-30? ?青野天潤(rùn)

2020-06-30中國(guó)科學(xué)院學(xué)習(xí)平臺(tái) 張玉蘭 陳治理?

塑料自從發(fā)明以來(lái)，就被廣泛應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ钪?，如汽車、電子產(chǎn)品、包裝、衣物等，隨之而來(lái)的塑料污染也成為全球性難題。根據(jù)歐洲塑料制造商協(xié)會(huì)（Plastic Europe）發(fā)布的年度報(bào)告，2018年全球塑料產(chǎn)量約為3.59億噸，1950年以來(lái)全球塑料生產(chǎn)超過(guò)80億噸，其中僅有9%的塑料垃圾可回收利用，12%進(jìn)行了焚燒處理，其余大部分塑料被丟棄到環(huán)境中。特別近幾十年來(lái)，塑料產(chǎn)量持續(xù)增加，由此帶來(lái)的一系列環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重。

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微塑料是什么？

2004年，發(fā)表于《科學(xué)》雜志關(guān)于海洋水體與沉積物中塑料碎片的論文，首次提出了微塑料的概念。目前，科學(xué)界對(duì)于微塑料的定義通常是指粒徑在5毫米以下的塑料顆粒，包括碎片、薄膜、纖維等。目前，我們認(rèn)識(shí)到微塑料主要有兩個(gè)來(lái)源，生產(chǎn)時(shí)尺寸就在微米級(jí)的原生微塑料，主要用于化妝品和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品；大塑料在環(huán)境中經(jīng)過(guò)光照、氧化、機(jī)械磨損等作用降解而成的次生微塑料。

微塑料引發(fā)環(huán)境問(wèn)題

海洋環(huán)境中微塑料是一個(gè)全球性的環(huán)境問(wèn)題，引起各國(guó)科學(xué)家極大關(guān)注。由于塑料產(chǎn)量的快速增加，微塑料在海洋環(huán)境中的積累不斷增加，不同海洋區(qū)域微塑料的分布特征差異巨大，全球海洋微塑料聚集區(qū)主要分布在北太平洋、南太平洋、北大西洋、南大西洋和印度洋5個(gè)洋流環(huán)流帶，其中微塑料在北太平洋環(huán)流帶豐度高達(dá)105個(gè)/平方公里。微塑料容易造成海洋動(dòng)物進(jìn)食器官的堵塞，影響動(dòng)物攝食。另一方面，被吞食的微塑料含有或者吸附有毒物質(zhì)，將對(duì)海洋動(dòng)物產(chǎn)生間接危害，這些有毒物質(zhì)沿著食物鏈傳遞與富集，最終可能影響人類健康。近年來(lái)，科學(xué)家在淡水環(huán)境中也檢測(cè)到豐度較高的微塑料，如在我國(guó)的太湖、洞庭湖、三峽水庫(kù)等，微塑料豐度可達(dá)107個(gè)/平方公里。污泥和有機(jī)肥長(zhǎng)期施用、農(nóng)用地膜殘留等都導(dǎo)致大量微塑料積累在土壤環(huán)境中。

隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)除了海洋、淡水、土壤環(huán)境中有大量微塑料存在，微塑料在大氣環(huán)境中也廣泛存在。與人類息息相關(guān)的瓶裝水、自來(lái)水、食鹽、海產(chǎn)品、外賣包裝以及大氣中都檢測(cè)到了數(shù)量不同、形狀各異的微塑料顆粒，微塑料可以說(shuō)是“無(wú)處不在”。有評(píng)估表明，人體通過(guò)食鹽、飲用水以及呼吸系統(tǒng)攝食的微塑料可達(dá)107個(gè)/人/年。特別是室內(nèi)空氣中存在大量微塑料，對(duì)人體健康的潛在危害不容忽視。

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微塑料的“乾坤大挪移”

由于微塑料具有輕便、小粒徑等特征，在全球不同地區(qū)大氣環(huán)境中也存在數(shù)量較多的微塑料，可隨著氣溶膠干濕沉降等過(guò)程重新返回地面。如上海、東莞、日本福岡以及德國(guó)漢堡等城市區(qū)大氣中檢測(cè)到微塑料，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)大氣中微塑料主要以纖維狀和碎片狀為主，較少有發(fā)泡類，且粒徑一般集中在小于500微米的范圍，比海洋環(huán)境中微塑料偏小。我國(guó)37個(gè)城市區(qū)室內(nèi)和室外沉降中微塑料類型主要是PET和PC，并且室內(nèi)空氣中含有更多的微塑料。最近的研究還發(fā)現(xiàn)，即便在偏遠(yuǎn)地區(qū)也陸續(xù)檢測(cè)到微塑料。歐洲比利牛斯山脈的空氣中檢測(cè)到數(shù)量較多的微塑料，其中很多都是微小的碎片、纖維和薄膜。美國(guó)落基山國(guó)家公園降雨中也發(fā)現(xiàn)有大量的各種顏色的塑料纖維和碎片。北極積雪中發(fā)現(xiàn)每升雪水甚至含有上萬(wàn)個(gè)微塑料顆粒，德國(guó)南部某鄉(xiāng)村公路雪樣中微塑料最多，濃度達(dá)到每升15.4萬(wàn)個(gè)。這說(shuō)明，微塑料能在空氣中進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，并到達(dá)遠(yuǎn)離微塑料源區(qū)的空氣清潔地區(qū)。這種傳輸也可能是濱海地區(qū)陸地向海洋傳輸微塑料的一個(gè)重要途徑。

微塑料是如何進(jìn)入大氣的，又是如何進(jìn)行傳輸?shù)?？這一科學(xué)問(wèn)題尚未得到確切回答。通常認(rèn)為環(huán)境的微塑料受風(fēng)力、磨損等作用而進(jìn)入大氣環(huán)境，并可能與氣溶膠以及大氣中其他化學(xué)組成發(fā)生作用，在大氣環(huán)流作用下傳輸。最近的研究還指出，海洋飛沫也可能是表層海水微塑料進(jìn)入大氣的一個(gè)重要方式。但是，由于目前缺少對(duì)于微塑料準(zhǔn)確的排放源清單、次生微塑料產(chǎn)生過(guò)程、環(huán)境中氧化與降解過(guò)程等的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，追蹤大氣微塑料的運(yùn)移軌跡、沉降方式等困難重重。

人跡罕至的極地冰川也有微塑料

研究人員在阿爾卑斯山冰川中也發(fā)現(xiàn)大量微塑料的存在。冰川是冰凍圈的重要組成，主要發(fā)育在高緯度高海拔地區(qū)。這里遠(yuǎn)離人類活動(dòng)排放的污染物的影響，經(jīng)由大氣傳輸?shù)奈⑺芰铣两档奖?，極端低溫環(huán)境下微塑料可能在冰川上停留很長(zhǎng)時(shí)間仍無(wú)法降解，最終可能進(jìn)入食物鏈，對(duì)環(huán)境和健康造成危害。為保護(hù)阿爾卑斯的冰川遠(yuǎn)離微塑料污染，相關(guān)的滑雪場(chǎng)正在禁止使用塑料制品，以消除微塑料對(duì)冰川環(huán)境的影響。

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作為全球冰凍圈的重要地區(qū)，青藏高原發(fā)育有大量的冰川，被譽(yù)為是亞洲水塔。之前的研究發(fā)現(xiàn)青藏高原河湖水中存在微塑料。微塑料能否通過(guò)大氣傳輸進(jìn)而通過(guò)干濕沉降在這些冰川上沉積？針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，科研人員通過(guò)冰川雪冰和湖冰表面積雪樣品的采集與檢測(cè)，初步發(fā)現(xiàn)雪冰中含有大量微塑料。進(jìn)一步指出，即便是在人跡罕至的偏遠(yuǎn)地區(qū)，微塑料通過(guò)大氣傳輸沉降可到達(dá)地表，大氣微塑料的遠(yuǎn)距離傳輸不容忽視，是微塑料生命循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。

環(huán)境中微塑料廣泛存在，由于微塑料難降解、有毒以及吸附有毒物質(zhì)，水生生態(tài)系統(tǒng)中動(dòng)物攝食微塑料，則可能擾亂其生理過(guò)程。特別是大氣微塑料比海洋中微塑料的粒徑更小，人體呼吸等都會(huì)攝入大量微塑料；在食物中，甲殼類海鮮、啤酒和鹽中微塑料顆粒很多，微塑料在人體內(nèi)的積累對(duì)人體健康存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。目前，對(duì)于大氣微塑料的來(lái)源、賦存量、擴(kuò)散途徑、遷移機(jī)理以及影響范圍的研究還比較少。由于微塑料本身含有以及可能吸附大量有毒有害物質(zhì)，不同地區(qū)微塑料在大氣中的污染狀況及其影響因素尚不清楚，大氣微塑料對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估亟待加強(qiáng)。

日常生活中如何“限塑”？

少用一次性塑料袋，攜帶可反復(fù)使用的購(gòu)物袋。

少食用外賣食物，簡(jiǎn)化塑料包裝。

塑料垃圾分類回收，循環(huán)利用。

杜絕使用添加微塑料顆粒的洗護(hù)用品。

保護(hù)環(huán)境，人人有責(zé)。身體力行，從我做起！

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微塑料污染正在全球循環(huán)

2020年06月17日? 中國(guó)科學(xué)報(bào)

發(fā)表在最新一期《科學(xué)》上的一篇論文顯示，在美國(guó)西部偏遠(yuǎn)的荒野地區(qū)和國(guó)家公園，每年都會(huì)落下大約1000噸或更多的塑料粉塵。多達(dá)1/4的微小塑料碎片可能來(lái)自附近城市的風(fēng)暴，而其余的則源自更遠(yuǎn)的地方。這項(xiàng)研究首次梳理了微塑料的地理起源，進(jìn)一步證明了此類污染在世界范圍內(nèi)是普遍存在的。

　　“我們創(chuàng)造了一些不會(huì)消失的東西?！豹q他州立大學(xué)生物地球化學(xué)家、該論文主要作者Janice Brahney說(shuō)，“現(xiàn)在它正在全球流通?！?/strong>

Brahney與美國(guó)國(guó)家大氣沉降計(jì)劃建立了一個(gè)試點(diǎn)研究——在一個(gè)氣象站網(wǎng)絡(luò)中收集這種微塑料。這些氣象站通常用于在美國(guó)各地采集雨水樣本，大多位于偏遠(yuǎn)地區(qū)。

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　　研究樣本來(lái)自美國(guó)西部11個(gè)偏遠(yuǎn)地區(qū)，包括大峽谷和Joshua Tree國(guó)家公園。Brahney注意到這些顯微鏡下色彩鮮艷的碎片?！拔乙庾R(shí)到自己看到的是塑料沉積，這真令人震驚。”這些碎片中的大多數(shù)還不到人類頭發(fā)寬度的1/3。

　　Brahney發(fā)現(xiàn)了很多細(xì)小的纖維，可能來(lái)自衣服、地毯和其他紡織品。她還發(fā)現(xiàn)了微小的顆粒，其中約30%是顏色鮮艷的球體。她說(shuō)，這些球體比化妝品和其他個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中使用的塑料微珠還要小，它們是油漆的成分，在噴漆過(guò)程中可能被釋放到大氣中。

　　加拿大多倫多大學(xué)研究微塑料的生態(tài)學(xué)家Chelsea Rochman稱這一發(fā)現(xiàn)“令人震驚”。這種顏料是“一種全新的來(lái)源，以前從未被真正討論過(guò)”。

　　其余70%的顆粒更難分類。因此，Brahney和同事借助一種名為傅里葉變換紅外光譜的技術(shù)分析這些顆粒和纖維。結(jié)果表明，樣品中平均含有4%的塑料?！斑@個(gè)數(shù)字讓我們大吃一驚?！盉rahney說(shuō)，她原本預(yù)計(jì)不到1%。

在統(tǒng)計(jì)了這些數(shù)據(jù)后，Brahney和同事估計(jì)，每平方米的荒野每天大約會(huì)落下132塊微塑料。這使得美國(guó)西部的國(guó)家公園和其他保護(hù)區(qū)每年產(chǎn)生1000多噸塑料，相當(dāng)于3億個(gè)塑料水瓶。其他研究發(fā)現(xiàn)，在偏遠(yuǎn)地區(qū)，包括歐洲的比利牛斯山脈和北極地區(qū)，也存在類似數(shù)量的微塑料。但這項(xiàng)新的研究有更詳細(xì)的數(shù)據(jù)，這有助于Brahney的下一步研究：找出塑料的來(lái)源。

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　　為了做到這一點(diǎn)，Brahney使用一個(gè)天氣模型來(lái)確定風(fēng)暴到達(dá)采樣地點(diǎn)前48小時(shí)的路徑。她發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)或靠近大城市上空的風(fēng)暴會(huì)比其他風(fēng)暴攜帶更多的微塑料。最多數(shù)量的微塑料是在經(jīng)過(guò)丹佛的風(fēng)暴中產(chǎn)生的。這些風(fēng)暴在落基山國(guó)家公園樣品站沉積的微塑料是其他方向風(fēng)暴的14倍。這些微塑料碎片也比在干燥天氣里從空氣中沉降的碎片要大，表明暴風(fēng)雨的強(qiáng)風(fēng)能夠卷起更重的碎片。

　　Brahney說(shuō)，大部分塑料很可能來(lái)自更遠(yuǎn)的地方，是通過(guò)高空的風(fēng)而不是區(qū)域性暴風(fēng)雨帶來(lái)的。大約75%的塑料是在干燥而非多雨的天氣中沉降的。這些碎片往往更小，只有極其細(xì)微的塵埃大小，可以傳播數(shù)千公里。此外，沉積模式也受到急流的影響。海拔較高的地區(qū)也傾向于有更多的微塑料，這進(jìn)一步表明，這些微粒在大氣高層移動(dòng)，并可能在全球范圍內(nèi)循環(huán)。

　　Rochman將這部分研究稱為“令人驚嘆”的部分。她說(shuō)，了解微塑料全球移動(dòng)模式和過(guò)程的研究才剛剛開始。

　　Brahney現(xiàn)在正與專門研究灰塵傳輸?shù)拇髿饪茖W(xué)家合作，研究塑料顆粒如何在大氣中移動(dòng)、可能來(lái)自哪里以及在空氣中可能有多少等問(wèn)題。她說(shuō)，這種微塑料中的大部分可能已經(jīng)循環(huán)了數(shù)年，甚至幾十年。這些顆?？赡苁紫瘸两翟谵r(nóng)田、沙漠或海洋中，然后作為全球“塑料循環(huán)”的一部分被風(fēng)再次卷起。