唧唧堂名校科研介绍2014-07-20 6:05 PM

海洋中的塑胶碎片正在消失,是好事吗?

塑胶,在各种商业行为、工业制程、医疗和市政管理系统中皆扮演相当重要的角色,就连最近让大家疯狂的世足赛也和塑胶息息相关。

就从足球谈起吧!

在1950年代,足球是由18块皮革手工缝制而成,但是当天气潮湿时,皮革制成的 足球容易吸附水汽,变得更重且不好操控。随着科技和工艺设计的进步,塑胶足球在1986年的世界杯首次登场,由32片塑胶布料手工缝制的足球已经比 1950年代的足球圆了许多,但还不够完美。而今,世界杯的官方比赛球是由高品质的塑胶制成,加上热黏合的专利技术,让足球的表面完全无缝,使其触感更好,吸水性更低,更能準确预测射程。

不仅足球是由塑胶制成,你我生活中所使用的各种物品几乎都有塑胶。根据欧洲塑胶协会的资料,塑胶年产量从1950年代的1.7百万吨,到了2012年,增加为288百万吨。

虽然塑胶的种类繁多,但大部分的塑胶制品皆可透过回收系统,再制再利用。少部分的塑胶则因为人为意外或是任意丟弃,以失控的速度累积在自然环境中,再透过风力和河流的散播到了海岸。由于塑胶具有轻量和耐用等特性,迅速地成为海洋废弃物中分布最广泛的成员。

随着塑胶产量和海洋废弃物逐年增加,许多科学家都预估海洋中塑胶碎片的含量一定会持续上升。然而,最近一篇发表在美国国家科学院期刊(PNAS)的科学论文,却有了不同的发现。

1公升海水 100颗塑胶微粒

Cózar等人组成的西班牙远征船队,在全球的开放海域中选取442个测站,共收集超过3千个海水样本进行分析,发现大洋中漂浮性塑胶碎片的含量大约为7千至3万5千公吨,含量最高的地区为北太平洋(如下图),占了全球塑胶碎片总量 的33% 至35%,其中又以1-5 mm大小的塑胶微粒(microplastics)特別多。根据美国海洋暨大气总署(NOAA)的定义,塑胶微粒是指尺寸小于5mm的塑胶碎片,包括了初 级和次级两种来源:初级来源是原本就制作成微小尺寸的塑胶制品,而次级来源则是从较大的塑胶分解而来。

过去80年间,这些微米、甚至是奈米等级的塑胶微粒,累积在世界各地的海洋和底泥中,甚至可达每立方公尺10万颗粒,也就是说每1公升的海水里面就含有100颗塑胶微粒。

海塑碎片新去向 藉食物链进入生物体内

Cózar等人发现塑胶微粒尺寸和数量的分布趋势很奇特,2mm大小的微粒数量最多,小于1mm的微粒却几乎没有,表示越小的塑胶微粒被分解或消 失的速度越快。这种现象背后的原因有很多,可能是因为小块的塑胶碎片受到阳光照射而分解的速率比大型塑胶废弃物来得快,或是塑胶微粒上的微生物也参与了分 解的过程,也可能是因为塑胶微粒上的附著物导致其正浮力减少而下沉,另一个可能原因则是这些塑胶微粒已经成为海洋生物的盘中飧。

会误食塑胶微粒的生物五花八门,从大型的海洋生物鲸鲨、中深海层的小型鱼类到沿岸底栖的海参、海星等棘皮动物,只要是滤食型的生物通通都有误食的风 险。被小型鱼类误食的塑胶微粒,再透过一连串的食物链加成作用,累积在食物链上层的动物体内,像是海狗、海狮等海洋哺乳类体内都发现有塑胶微粒。

酵素合成受阻 自由基增加

此外,这些塑胶微粒又容易吸附持久性有机汙染物(POPs),或是有些工业制程产生的微粒外层就直接包覆了一层硅、银等离子,都会直接或间接影响到海洋生物的生殖能力和生理机能。

许多研究团队开始在实验室研究塑胶微粒对滤食性生物的影响。以地中海贻贝为例,许多不同材质的微粒被贻贝摄入后,会累积在消化管内,影响分解酵素的合成,并诱发血淋巴细胞产生氧化自由基和溶小体酵素等反应。

中央研究院汤森林副研究员实验室的博士班学生杨姗桦,则利用美丽海葵当作刺丝胞生物的模式物种,观察塑胶微粒在海葵体内累积的情形,发现海葵误食塑 胶微粒的倾向很高但有所偏好。若塑胶微粒大小同为5mm,立方体塑胶比扁平状塑胶更容易被海葵误食,但在摄入体内2个小时后就会被排出体外。若海葵误食较 小的塑胶微粒(9μm和100nm),则会累积在体内,散布於触手,中央体腔和底盘等各处. 

莫忘阿玛拉定律

塑胶微粒,这个海洋食物链的新成员,会累积在海洋生物的体内多久?对海洋生物健康 有何影响?会不会透过食物链回到人类体内? 许许多多的谜团,皆有待更多的研究才能窥见一斑。塑胶的好与坏,正好能套用阿玛拉定律(Amara's Law) :人们总是高估一项科技所带来短期效益,却又低估它的长期影响。这些种种,或许都是当初塑胶的发明者始料未及的。


论文原文
《开放海洋的塑胶碎片》, 2014年7月发表于《美国国家科学院院刊(PNAS)》. 
http://www.jijitang.com/note/5312

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