Elk jaar, ongeveer 8 miljoen ton plastic komt in de oceanen van de wereld terecht. Bijzonder zorgwekkend zijn microplastics, materialen die in het mariene milieu worden aangetroffen en die voorkomen in afmetingen van minder dan vijf millimeter en die de meest voorkomende vorm van marien afval zijn dat wordt waargenomen aan het oceaanoppervlak.

Estuariene en kustgebieden spelen een cruciale rol als buffer tussen land, zoetwateromgevingen en de open oceaan waar plastic afval zich ophoopt. Ondanks het uitvoeren van deze cruciale functie, estuariene en kustgebieden zijn niet uitgebreid onderzocht op de prevalentie en impact van microplastics.

Om beter te begrijpen hoe deze omgevingen worden beïnvloed door microplastics, Onderzoekers van de Universiteit van Delaware keken naar microplastics in de Delaware Bay, dat is een getij-, wind- en zoetwatergedreven estuariene omgeving.

Ze ontdekten een aanzienlijke concentratie microplastics in de Delaware Bay die zich ophoopt in hotspots die worden aangedreven door drijfvermogen, wind en getijden, die allemaal leiden tot een hoge variabiliteit van microplastic distributies (in ruimte en tijd) in de baai.

De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in de Milieuwetenschap en -technologie wetenschappelijk tijdschrift.

Het project werd geleid door Jonathan Cohen en Tobias Kukulka, universitair hoofddocent aan het College of Earth, Oceaan en Milieu (CEOE), evenals CEOE-masterstudenten Anna Internicola en R. Alan Mason.

Cohen zei dat aangezien dit een gebied van intens openbaar belang is, met mogelijke overheidsregulering van microplastics in de toekomst, het is van cruciaal belang dat er wetenschap is waarop politiek en economisch belangrijke beslissingen kunnen worden gebaseerd.

"Als deze beslissingen er komen en het publiek moet meewegen, er moet wetenschap zijn waarop de beslissingen kunnen worden gebaseerd, "zei Cohen. "Dat is een behoorlijk sterke motiverende factor voor ons."

Aanvullende expertise

Het werk begon in 2016 met een mini-subsidie ​​van Delaware Sea Grant om microplastics in de Delaware Bay te beoordelen, wat leidde tot een tweejarige subsidie ​​om de impact van microplastics op de ecologie van de Delaware Bay te beoordelen.

Kukulka en Cohen hebben complementaire expertise en onderzoeksbenaderingen, met Cohen gericht op biologie en veldwerk en Kukulka gericht op de fysieke aspecten van oceanografie en het modelleringswerk.

Cohen en Internicola hebben de verspreiding van microplastics gemeten op 16 bemonsteringslocaties in de Delaware Bay, variërend van net boven de Delaware Memorial Bridge in Wilmington tot buiten de monding van de baai. De stations bestrijken het gebied van waar de baai zoet water is tot waar de baai de Atlantische Oceaan ontmoet.

De onderzoekers gebruikten een net om oppervlaktemonsters te krijgen, het net aan de oppervlakte slepen en een debietmeter in het net gebruiken om aan te geven hoeveel water er is bemonsterd. Daarna spoelden ze het net, bewaarde de monsters in een glazen container en bracht ze terug naar het laboratorium.

Dankzij chemische methoden in het laboratorium konden de onderzoekers de kunststoffen van de organische stoffen scheiden door het organische materiaal op te lossen en monsters in een zoute oplossing te plaatsen waar de kunststoffen zouden drijven en de organische stoffen zouden zinken.

Kukulka en Mason namen vervolgens de gegevens van de monsters en stopten deze in hun hydrologische modellen.

Door de waarnemingsgegevens te combineren met getij-, wind- en drijfvermogen-gedreven modellen om de verspreiding van microplastics te simuleren, ze waren in staat om de resultaten te extrapoleren naar een groter deel van de Delaware Bay en te bepalen hoe deeltjes binnen de baai bewegen, de baai verlaten of zich ophopen in oppervlakteconvergentiegebieden.

Cohen zei dat de bemonsterings- en modelleringsaanpak spreekt over hoe mariene wetenschap wordt uitgevoerd.

"Het gaat niet alleen om op boten gaan en een emmer water halen of een net dompelen, "Zei Cohen. "Het gaat erom te combineren wat je daarvan kunt leren met wat je kunt leren van deze numerieke benaderingen."

Kukulka was het ermee eens, zeggen dat het geweldig is om de veldbemonsteringsgegevens te kunnen combineren met de modellering.

"Het is een uitdaging om de hele baai te observeren, en bemonstering is beperkt in de tijd en beperkt tot een specifieke locatie, " zei Kukulka. "We kregen niet echt een brede snapshot over de hele baai met bemonstering, maar met het modelleren, we kunnen de temporele variabiliteit en de hele ruimtelijke dekking van kunststoffen zien."

Zoutfronten

In het gebied waar het zoetere water van de Delaware River het zoutere water van de Atlantische Oceaan ontmoet, de onderzoekers observeerden zoutfronten, met zoet water aan de bovenkant en zouter water aan de onderkant. In de buurt van dergelijke fronten, oppervlaktestromen kunnen convergeren.

Bekend als convergentiezones, in deze gebieden vonden de onderzoekers microplastics in hoge concentraties.

UD-afstudeerstudent Anna Internicola maakt een ringnet schoon dat wordt gebruikt voor het verzamelen van monsters van microplastics uit de Delaware Bay.

UD-afstudeerstudent Anna Internicola maakt een ringnet schoon dat wordt gebruikt voor het verzamelen van monsters van microplastics uit de Delaware Bay.

"Wat we in de simulatie vinden, is dat we regio's hebben met zeer hoge concentraties, veel hoger dan buiten die convergentiezones, ' zei Kukulka.

Omdat de drijvende microplastics op het water drijven, ze worden ook beïnvloed en hopen zich op in gebieden als gevolg van de getijden en de wind. Kunststoffen bewegen binnen de getijdencyclus heen en weer terwijl getijden de baai in en uit gaan, veroorzaakt enorme locatievariabiliteit over een getijdencyclus, zeker als een onderzoeker net binnen of buiten die hotspots meet.

"Je kunt op een bepaalde plek blijven en een bepaalde locatie of station proeven, maar dat stukje materiaal zal er niet altijd zijn, "zei Cohen. "Het gaat met de getijden mee, en dus zou je op een bepaald station kunnen zijn en op basis van de simulaties, je kon een duizend keer verandering in de concentraties zien."

De verdeling van de kunststoffen hangt ook af van de kracht van de wind, met een sterke wind verplaatsen microplastics naar verschillende delen van de baai.

"Als we de forcering kennen, we kunnen gefundeerde gissingen maken over waar we plastic kunnen verwachten en waar ze zich waarschijnlijk zullen ophopen, ' zei Kukulka.

Volgende stappen

Wat betreft de volgende stappen van het project, ze willen definitief bepalen hoe lang microplastics in de baai blijven en of ze aan de oevers van New Jersey en Delaware terechtkomen of in de baai vastzitten.