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《科学》:深海“垃圾带”每平方米就有190万个微塑料,主要集中在600-900米深处

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 Evelyn Zhang • 2020-05-22 19:55:30 来源:前瞻网 E3718G0

微塑料遍布全球海底,但控制其在深海中的扩散和集中的过程仍然未知。失踪的99%海洋塑料可能抵达深海,它们遵循怎样的模式漂流到了哪儿?

近日发表在《科学》上的一项研究表明热盐酸盐驱动的电流可以建立大量的海底沉积物积聚,可以控制微塑料的分布,并产生每平方米190万个微塑料的“热点”。这是全球所有海底环境中报告的最高值。

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先前的研究表明,微塑料是通过表面堆积的垂直沉降而被运输到海底的。而最新研究证明,微塑料的空间分布和最终“落脚点”受到近床热盐电流(底部电流)的强烈控制。

已知这些电流会为深海底栖生物提供氧气和营养,这表明深海生物多样性“热点”也可能是微塑性的“热点”。

在地球上几乎所有环境以及整个海洋中,都观察到了塑料污染。塑料污染对海洋生态系统的影响及其对人类健康的影响日益引起人们的关注,因为每年有超过1000万吨的塑料进入全球海洋。

海洋回旋中的收敛表面流是造成塑料在海洋表面上的全球分布的原因。这些环流将正浮力的塑料有效地集中到了现在臭名昭著的“垃圾补丁”中。

但其实,海表堆积量仅约占全球海洋塑料预算估算的1%。大部分消失在我们视野之中的99%的塑料最终都藏在深海中。海洋塑料预算中相当大的一部分(估计为13.5%)是作为微塑料(<1 mm的碎片和纤维)而产生的,它们是人造纤维或源自较大塑料碎片的裂片颗粒,被称为“海中PM2.5”。研究表明,较大的塑料碎片可能与地中海中密集的向下峡谷流动有关。

海底已经成为全球重要的“塑料水槽”。然而,对微塑料分布的物理控制以及它们沉积在海底的聚合效果仍然不清楚。由于它们的体积小,微生物可以在所有营养级别摄取这些塑料,从而可以转移有害的有毒物质。

因此,确定微塑料在何处累积以及可用于将其纳入食物链,对于理解对全球重要的深海海底生态系统构成的威胁至关重要。

由英国曼彻斯特大学、英国国家海洋学中心、德国不来梅大学、法国IFREMER大学和英国杜伦大学的研究人员利用从第勒尼安海(意大利西海岸外)取样的高分辨率沉积物数据以及数字模型,终于弄清了失踪的99%海洋塑料(微小的塑料碎片和纤维)的位置和含量。

海洋微塑料

图1影响第勒尼安海的塑性源和海洋环流。(A)研究区在第勒尼安海的位置,并注明已知的陆地(〜80%)和海洋(捕鱼和运输;〜20%)塑料来源。(B)以红色多边形和星号表示的有记录的轮廓线沉积系统(29)的全球分布。 (C)北第勒尼安海海底测深,标注有已记录的陆地塑料输入源,命名为地貌特征。(D)中多通道地震线的位置,该线说明了由底流形成的沉积特征。

结果发现,海底洋流可控制这些“微塑料”的流动,它们可将微塑料携带至海底峡谷,随后通过“底层水流”在海底运输,最终将这些细颗粒沉积下来从而堆积大量沉积物。研究人员将这些沉积物称之为“微塑料热点地区”。这些热点地区似乎是深海的“垃圾带”。

深海底的微塑料优先集中在不同的生理环境中,而不是对应于覆盖在上面的表面垃圾的程度。海底峡谷和深海海沟是偶发性但强大的重力流的焦点,似乎是微塑性热点(图2A)。这种生理学上的偏倚表明,微塑料向深海底的迁移并不能仅通过从地表旋涡的垂直沉降来解释。

以与地表水分散和浓缩微塑料相同的方式,深海流可能扮演相似的角色,但是缺乏背景数据(如测深、海洋学和沉积学)阻碍了物理联系。

作用于海底的热盐电流是深海运输细颗粒物并在我们的星球上建立一些最大的沉积物堆积的最重要过程之一,但是它们在隔离微塑料中的作用仍然未知。

经光学显微镜和傅立叶变换红外(FTIR)光谱验证(图S2),发现所有海底样品均含有微塑料(图3B和表S1)。微塑料主要由纤维(70%-100%)组成,碎片较少(0%-30%)(图2,B和C)。第勒尼安海中的微塑性浓度包括深海底记录的最高值(图2A):每50克干沉积物中最多有182根纤维和9个碎片(每6克中每50克有191个碎片,相当于1.9)在撒丁岛NE大陆斜坡底部的异形体漂移中记录到了100万片/ ㎡(图3,B和C)。这种浓度超过了先前记录的最高水平,包括来自深海海沟的浓度,是海底峡谷记录的两倍(图2A)。当地球大多数大陆边缘都发生轮廓沸石漂移时(图1B),此处记录的高浓度强烈表明它们是全球微塑料的重要储存库。

在此次研究涵盖的区域中,微塑料浓度与距地面塑料源的距离之间没有关系(图2B)。来自大陆架的样品(43根纤维,3个碎片;9号芯)和上坡(10根纤维和1个碎片; 11号芯)的样品在研究区域中的浓度最低。

相反,研究发现——微塑料集中在600m-900m的水深范围内,其中底流形成海底回旋并与海底相互作用最大(图2C)。

这些水流和复杂的地形起伏的影响(图2E)导致施加在海底的切应力的空间变化,这是通过流体动力学模型确定的(图3B)。剪切应力的这些变化解释了微塑性颗粒的局部海底分布,其密度通常比粉砂和成砂矿物低,因此更容易被夹带,这说明了某些生理学领域中微塑性的消耗水平和内部的浓度(图2D和3C)。

来自英国杜伦大学的研究人员——弗洛里安·波尔博士说:“很不幸,微塑料已经成为一种新型的沉积物颗粒,它与沙子、泥土和营养物质一起分布在海底。“”

在轮廓平行的护城河中发现了最低浓度的微塑料,它们是侵蚀和/或非沉积的焦点(例如,芯16中每50克27条纤维和2条碎片;图3C)。较高的浓度发生在相邻的堆积的漂移区(例如79根纤维,1个片段;芯8)以及其他堆积的漂移累积区(例如102根纤维,7个片段,芯2;图3,B和C)。

对于丘陵状的凹凸不平的漂流尤其如此,相对于大陆坡的其余部分而言,它们通常是沉积物堆积极高的部位。

海洋微塑料

图5 底流控制着微塑料的深海命运。示意图说明了近海床洋流在深海中微塑料的转移、聚集和储存中的作用。沿高坡流分散的微塑料,强大的重力流有效地将微塑料冲洗到深海,而热盐驱动的底流将微塑料隔离到局部的高浓度热点中。 它们长期隔离的有效性取决于随后的海底电流活动的强度和埋葬率。

研究人员发现,海底洋流产生的微塑料热点地带的微塑料含量也高的可怕:最多可达每平方米190万个微塑料,达到有史以来全球海底环境中报告的最高水平。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/29/science.aba5899

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