科普 | 从大气到极地雪冰：微塑料无处不在

                                                                  2020-6-30   青野天润

2020-06-30中国科学院学习平台 张玉兰 陈治理 

塑料自从发明以来，就被广泛应用于我们日常生活中，如汽车、电子产品、包装、衣物等，随之而来的塑料污染也成为全球性难题。根据欧洲塑料制造商协会（Plastic Europe）发布的年度报告，2018年全球塑料产量约为3.59亿吨，1950年以来全球塑料生产超过80亿吨，其中仅有9%的塑料垃圾可回收利用，12%进行了焚烧处理，其余大部分塑料被丢弃到环境中。特别近几十年来，塑料产量持续增加，由此带来的一系列环境问题日趋严重。

微塑料是什么？

2004年，发表于《科学》杂志关于海洋水体与沉积物中塑料碎片的论文，首次提出了微塑料的概念。目前，科学界对于微塑料的定义通常是指粒径在5毫米以下的塑料颗粒，包括碎片、薄膜、纤维等。目前，我们认识到微塑料主要有两个来源，生产时尺寸就在微米级的原生微塑料，主要用于化妆品和个人护理产品；大塑料在环境中经过光照、氧化、机械磨损等作用降解而成的次生微塑料。

微塑料引发环境问题

海洋环境中微塑料是一个全球性的环境问题，引起各国科学家极大关注。由于塑料产量的快速增加，微塑料在海洋环境中的积累不断增加，不同海洋区域微塑料的分布特征差异巨大，全球海洋微塑料聚集区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个洋流环流带，其中微塑料在北太平洋环流带丰度高达105个/平方公里。微塑料容易造成海洋动物进食器官的堵塞，影响动物摄食。另一方面，被吞食的微塑料含有或者吸附有毒物质，将对海洋动物产生间接危害，这些有毒物质沿着食物链传递与富集，最终可能影响人类健康。近年来，科学家在淡水环境中也检测到丰度较高的微塑料，如在我国的太湖、洞庭湖、三峡水库等，微塑料丰度可达107个/平方公里。污泥和有机肥长期施用、农用地膜残留等都导致大量微塑料积累在土壤环境中。

随着研究的深入，发现除了海洋、淡水、土壤环境中有大量微塑料存在，微塑料在大气环境中也广泛存在。与人类息息相关的瓶装水、自来水、食盐、海产品、外卖包装以及大气中都检测到了数量不同、形状各异的微塑料颗粒，微塑料可以说是“无处不在”。有评估表明，人体通过食盐、饮用水以及呼吸系统摄食的微塑料可达107个/人/年。特别是室内空气中存在大量微塑料，对人体健康的潜在危害不容忽视。

微塑料的“乾坤大挪移”

由于微塑料具有轻便、小粒径等特征，在全球不同地区大气环境中也存在数量较多的微塑料，可随着气溶胶干湿沉降等过程重新返回地面。如上海、东莞、日本福冈以及德国汉堡等城市区大气中检测到微塑料，进一步发现大气中微塑料主要以纤维状和碎片状为主，较少有发泡类，且粒径一般集中在小于500微米的范围，比海洋环境中微塑料偏小。我国37个城市区室内和室外沉降中微塑料类型主要是PET和PC，并且室内空气中含有更多的微塑料。最近的研究还发现，即便在偏远地区也陆续检测到微塑料。欧洲比利牛斯山脉的空气中检测到数量较多的微塑料，其中很多都是微小的碎片、纤维和薄膜。美国落基山国家公园降雨中也发现有大量的各种颜色的塑料纤维和碎片。北极积雪中发现每升雪水甚至含有上万个微塑料颗粒，德国南部某乡村公路雪样中微塑料最多，浓度达到每升15.4万个。这说明，微塑料能在空气中进行远距离传输，并到达远离微塑料源区的空气清洁地区。这种传输也可能是滨海地区陆地向海洋传输微塑料的一个重要途径。

微塑料是如何进入大气的，又是如何进行传输的？这一科学问题尚未得到确切回答。通常认为环境的微塑料受风力、磨损等作用而进入大气环境，并可能与气溶胶以及大气中其他化学组成发生作用，在大气环流作用下传输。最近的研究还指出，海洋飞沫也可能是表层海水微塑料进入大气的一个重要方式。但是，由于目前缺少对于微塑料准确的排放源清单、次生微塑料产生过程、环境中氧化与降解过程等的准确认识，追踪大气微塑料的运移轨迹、沉降方式等困难重重。

人迹罕至的极地冰川也有微塑料

研究人员在阿尔卑斯山冰川中也发现大量微塑料的存在。冰川是冰冻圈的重要组成，主要发育在高纬度高海拔地区。这里远离人类活动排放的污染物的影响，经由大气传输的微塑料沉降到冰川，极端低温环境下微塑料可能在冰川上停留很长时间仍无法降解，最终可能进入食物链，对环境和健康造成危害。为保护阿尔卑斯的冰川远离微塑料污染，相关的滑雪场正在禁止使用塑料制品，以消除微塑料对冰川环境的影响。

作为全球冰冻圈的重要地区，青藏高原发育有大量的冰川，被誉为是亚洲水塔。之前的研究发现青藏高原河湖水中存在微塑料。微塑料能否通过大气传输进而通过干湿沉降在这些冰川上沉积？针对这一科学问题，科研人员通过冰川雪冰和湖冰表面积雪样品的采集与检测，初步发现雪冰中含有大量微塑料。进一步指出，即便是在人迹罕至的偏远地区，微塑料通过大气传输沉降可到达地表，大气微塑料的远距离传输不容忽视，是微塑料生命循环的重要环节。

环境中微塑料广泛存在，由于微塑料难降解、有毒以及吸附有毒物质，水生生态系统中动物摄食微塑料，则可能扰乱其生理过程。特别是大气微塑料比海洋中微塑料的粒径更小，人体呼吸等都会摄入大量微塑料；在食物中，甲壳类海鲜、啤酒和盐中微塑料颗粒很多，微塑料在人体内的积累对人体健康存在潜在风险。目前，对于大气微塑料的来源、赋存量、扩散途径、迁移机理以及影响范围的研究还比较少。由于微塑料本身含有以及可能吸附大量有毒有害物质，不同地区微塑料在大气中的污染状况及其影响因素尚不清楚，大气微塑料对人体的健康风险评估亟待加强。

日常生活中如何“限塑”？

少用一次性塑料袋，携带可反复使用的购物袋。

少食用外卖食物，简化塑料包装。

塑料垃圾分类回收，循环利用。

杜绝使用添加微塑料颗粒的洗护用品。

保护环境，人人有责。身体力行，从我做起！

微塑料污染正在全球循环

2020年06月17日  中国科学报

发表在最新一期《科学》上的一篇论文显示，在美国西部偏远的荒野地区和国家公园，每年都会落下大约1000吨或更多的塑料粉尘。多达1/4的微小塑料碎片可能来自附近城市的风暴，而其余的则源自更远的地方。这项研究首次梳理了微塑料的地理起源，进一步证明了此类污染在世界范围内是普遍存在的。

　　“我们创造了一些不会消失的东西。”犹他州立大学生物地球化学家、该论文主要作者Janice Brahney说，“现在它正在全球流通。”

Brahney与美国国家大气沉降计划建立了一个试点研究——在一个气象站网络中收集这种微塑料。这些气象站通常用于在美国各地采集雨水样本，大多位于偏远地区。

　　研究样本来自美国西部11个偏远地区，包括大峡谷和Joshua Tree国家公园。Brahney注意到这些显微镜下色彩鲜艳的碎片。“我意识到自己看到的是塑料沉积，这真令人震惊。”这些碎片中的大多数还不到人类头发宽度的1/3。

　　Brahney发现了很多细小的纤维，可能来自衣服、地毯和其他纺织品。她还发现了微小的颗粒，其中约30%是颜色鲜艳的球体。她说，这些球体比化妆品和其他个人护理产品中使用的塑料微珠还要小，它们是油漆的成分，在喷漆过程中可能被释放到大气中。

　　加拿大多伦多大学研究微塑料的生态学家Chelsea Rochman称这一发现“令人震惊”。这种颜料是“一种全新的来源，以前从未被真正讨论过”。

　　其余70%的颗粒更难分类。因此，Brahney和同事借助一种名为傅里叶变换红外光谱的技术分析这些颗粒和纤维。结果表明，样品中平均含有4%的塑料。“这个数字让我们大吃一惊。”Brahney说，她原本预计不到1%。

在统计了这些数据后，Brahney和同事估计，每平方米的荒野每天大约会落下132块微塑料。这使得美国西部的国家公园和其他保护区每年产生1000多吨塑料，相当于3亿个塑料水瓶。其他研究发现，在偏远地区，包括欧洲的比利牛斯山脉和北极地区，也存在类似数量的微塑料。但这项新的研究有更详细的数据，这有助于Brahney的下一步研究：找出塑料的来源。

　　为了做到这一点，Brahney使用一个天气模型来确定风暴到达采样地点前48小时的路径。她发现，经过或靠近大城市上空的风暴会比其他风暴携带更多的微塑料。最多数量的微塑料是在经过丹佛的风暴中产生的。这些风暴在落基山国家公园样品站沉积的微塑料是其他方向风暴的14倍。这些微塑料碎片也比在干燥天气里从空气中沉降的碎片要大，表明暴风雨的强风能够卷起更重的碎片。

　　Brahney说，大部分塑料很可能来自更远的地方，是通过高空的风而不是区域性暴风雨带来的。大约75%的塑料是在干燥而非多雨的天气中沉降的。这些碎片往往更小，只有极其细微的尘埃大小，可以传播数千公里。此外，沉积模式也受到急流的影响。海拔较高的地区也倾向于有更多的微塑料，这进一步表明，这些微粒在大气高层移动，并可能在全球范围内循环。

　　Rochman将这部分研究称为“令人惊叹”的部分。她说，了解微塑料全球移动模式和过程的研究才刚刚开始。

　　Brahney现在正与专门研究灰尘传输的大气科学家合作，研究塑料颗粒如何在大气中移动、可能来自哪里以及在空气中可能有多少等问题。她说，这种微塑料中的大部分可能已经循环了数年，甚至几十年。这些颗粒可能首先沉降在农田、沙漠或海洋中，然后作为全球“塑料循环”的一部分被风再次卷起。