Wetenschappers van UC San Diego werken aan het begrijpen van plasticdegradatie in de oceaan, met name kleinere deeltjes genaamd microplastics en verwante microvezels.

Mariene bioloog Dimitri Deheyn, associate researcher bij de Scripps Institution of Oceanography, werkt aan een tweeledige benadering van deze micromaterialen. Hij en postdoctoraal onderzoeker Sarah-Jeanne Royer volgen microvezels over de hele wereld om beter te begrijpen hoe deze vezels binnenkomen en zich verspreiden in het milieu, terwijl we ook samenwerken met de industrie om mogelijke wegen te identificeren om plasticvervuiling te beperken en saneringsstrategieën te ontwikkelen.

Hoewel katoen een natuurlijke vezel is, de meeste microvezels zijn synthetisch en veel zijn op aardolie gebaseerd, waardoor ze een vorm van microplastic worden. Vanwege hun vermogen om grotere hoeveelheden water te absorberen en unieke chemische bindingseigenschappen, ze zijn te vinden in veel textiel, inclusief kleding en poetsdoeken, en worden gedefinieerd door hun ultrafijne aard (dunner dan zelfs een streng zijde). Deze vezels komen in het milieu terecht wanneer textiel wordt gewassen en door dagelijks gebruik, en worden een groeiende zorg onder wetenschappers en milieuactivisten.

Deheyn, een expert in biologisch licht, kleur en toxicologie, raakte geïnteresseerd in microvezelonderzoek nadat hij ontdekte dat deze materialen fluoresceren onder beeldvormende omstandigheden die in zijn laboratorium werden gebruikt. Deheyn gebruikt verandering in kleur of licht geproduceerd door organismen als een vroege indicator van stress (op dezelfde manier waarop mensen bleek worden als ze ziek beginnen te worden), vooral bij blootstelling aan conventionele verontreinigende stoffen zoals sporenmetalen of milieuveranderingen die verband houden met klimaatverandering. Deheyn merkt de laatste jaren steeds meer gloeiende vezels in zijn beelden.

"Toen ik deze vezels in fluorescentie zag gloeien in mijn monsters, mijn eerste reactie was om de lenzen van mijn microscoop schoon te maken, maar ik realiseerde me dat deze vezels eigenlijk deel uitmaakten van mijn monster, ’ zei Deheyn.

Hij en onderzoekers van de UC San Diego Jacobs School of Engineering hebben fluorescentie gebruikt om nieuwe technologie te ontwikkelen om microplastics te detecteren die uit watermonsters zijn gefilterd.

Het lab van Deheyn heeft een nieuwe focus gelegd op kunststoffen en hun derivaten. Royer werkte vier jaar aan deze mondiale kwestie aan de Universiteit van Hawaï, waar ze sterke samenwerkingen opbouwde met wetenschappers, NGO's, en de lokale gemeenschap. Ze is gespecialiseerd in de uitstoot van broeikasgassen door plastic in het milieu, plastic degradatie, het lot en de paden van marien afval en de North Pacific Garbage Patch.

NOAA definieert microplastics als elk plastic deeltje dat minder dan vijf millimeter lang is. Deze minuscule deeltjes ontstaan ​​door de afbraak van grotere plastic en synthetische materialen, en zijn een toenemende zorg voor milieu- en volksgezondheidsfunctionarissen die zich zorgen maken over de gevolgen van het eten van vis en andere zeevruchten die microplastics hebben ingenomen. Echter, onderzoekers leren nog steeds over de omvang en impact van deze deeltjes op ecosystemen en op mensen.

Een nieuwe techniek om verontreinigende stoffen te observeren

Deheyns observatie van fluorescerende verontreinigende stoffen leidde tot nieuwe kansen. De observatietechniek, ontwikkeld door afgestudeerde technische student Jessica Sandoval, wordt de Automated Microplastics Identifier (AMI) genoemd. Het protocol is bedoeld om handmatig tellen op het oog te vervangen door automatiseringsprocessen die de vezels identificeren. Onderzoekers brengen eerst de filters in beeld onder UV-verlichting, zodat het plastic fluoresceert. Sandoval ontwikkelde software om de hoeveelheid plastic op elk filter te kwantificeren en ook om informatie over eigenschappen van de plastics te genereren met behulp van beeldherkenning.

"Het is een spannende eerste stap, het gebruik van automatiseringstechnologieën om te helpen bij het monitoren van deze veelvoorkomende mariene verontreinigende stof, " zei Sandoval, die deze technologie begon te ontwikkelen als student. "Met dergelijke technologieën we kunnen gemakkelijker monsters van over de hele wereld verwerken en een beter begrip krijgen van de verspreiding van microplastics."

Monsters van over de hele wereld

Deze technologie is al door onderzoekers gebruikt om watermonsters van over de hele wereld te analyseren als onderdeel van Deheyns inspanningen om de wereldwijde aanwezigheid van microvezels te begrijpen. Tot dusver, hij heeft ontdekt dat microvezels wereldwijd in monsters te vinden zijn, ook van boven de poolcirkel. Deze wereldwijde monitoringinspanning heeft ertoe geleid dat ze zijn gaan samenwerken met Greenpeace, het Draken Viking Kings-schip, de Young Explorers Club, Avontuur Canada, en tal van andere initiatieven, inclusief de expeditie van Seeker Media "The Swim" om monsters te verzamelen in de noordelijke Stille Oceaan, inclusief de North Pacific Garbage Patch die deel zal uitmaken van hun volgende expeditie genaamd "The VORTEX swim."

"Uiteindelijk willen we een kaart bieden van de verspreiding van microvezels over de hele wereld, zodat mensen - en vooral managers van mariene hulpbronnen - het effect van deze kleine synthetische materialen in ons voedsel beter kunnen beoordelen, " zei Deheyn. "Onze hoop is dat dit een wereldwijd burgerwetenschappelijk project wordt, met de hulp van AMI en de burgerwetenschappelijke samenwerkingsverbanden die Royer de afgelopen tien jaar heeft opgebouwd."

Naast het meten van deze microtextiel uit water, lucht, en sedimentmonsters, een van de kenmerken van het werk van Deheyn en Royer is het analyseren van watermonsters die gedurende 50 jaar vanaf de Scripps-pier zijn genomen. Deze monsters, voor het eerst verzameld in de jaren 70, worden geanalyseerd op microvezelconcentratie om te bepalen hoe de hoeveelheden van deze vervuiling in de loop van de tijd zijn veranderd. Dit onderzoek zal ook laten zien welke soorten vezels het minst biologisch afbreekbaar zijn, en rond welke periode in de afgelopen 50 jaar deze vervuiling merkbaar werd.

"Het is heel opwindend om toegang te hebben tot zo'n verbazingwekkende verzameling watermonsters die door de jaren heen bij Scripps zijn verzameld, "zei Royer. "Dit geeft ons een unieke kans om terug in de tijd te gaan en echt het begin te zien van de wereldwijde textielvervuiling die tegenwoordig helaas zo dominant is."

Samenwerkingen in de industrie

De tegenhanger van hun onderzoek omvat het werken in parallelle wegen van samenwerking met de industrie om onafhankelijke beoordelingen van microvezelonderzoek te bieden; bijvoorbeeld, om te begrijpen hoe vezels en microvezels degraderen, en nieuwe duurzame opties verkennen. Via het BEST-initiatief, een platform opgericht door Deheyn dat de interactie tussen de industrie en de academische wereld faciliteert om een ​​ruimte voor samenwerking te bieden, Royer test momenteel de afbreekbaarheid van cellulosevezels in vergelijking met synthetische vezels. De sleutel hier was om grondstofvezels te verwerven die zijn gemaakt met populaire chemische verwerking die uiteindelijk de biologische afbreekbaarheid van vezels zouden kunnen beïnvloeden, die met succes is geïmplementeerd bij vezelproducenten zoals de Lenzing Group.

Royer test de biologische afbreekbaarheid van zowel ruwe cellulosevezels als die welke verder zijn verwerkt - zoals verderop in de toeleveringsketen zou gebeuren - door middel van experimenten in het laboratorium maar ook bij de Scripps-pier. Daar, vezelmaterialen zijn onderhevig aan echte mariene milieuomstandigheden. De onderzoekers hopen twee fundamentele vragen te beantwoorden:welke nieuwe materialen worden afgebroken in het mariene milieu, en welk proces in de toeleveringsketen de degradatie van textiel verandert. Om de tweede vraag te beantwoorden, het team werkt samen met andere bedrijven in de waardeketen, zoals producenten van outdoorkleding, voor verder onderzoek.

De studies van Deheyn en Royer volgen een geschiedenis van kunststofonderzoek bij Scripps. Van 2-21 augustus 2009 een groep doctoraatsstudenten en onderzoeksvrijwilligers van Scripps begon aan een expeditie om de Pacific Garbage Patch te verkennen. De Scripps Environmental Accumulation of Plastic Expedition (SEAPLEX) richtte zich op de opeenhoping van plastic afval en hoe dit het leven in zee beïnvloedt.

Het onderzoek van biologische oceanograaf Jenni Brandon richtte zich op plasticvervuiling, voornamelijk de ecologie van mariene microplastics, de ruimtelijke en temporele omvang van deze microplastics, en betere manieren om ze te kwantificeren. Haar studies hebben de verspreiding van microplastics in de California Current en North Pacific Subtropical Gyre onderzocht, en hoe deze kunststoffen in de loop van de tijd verouderen en degraderen.

Anela Choy, biologisch oceanograaf en assistent-professor bij Scripps, is in haar onderzoek ook microplastics tegengekomen. Choy bestudeert voedselwebben in de diepzee, met behulp van zeedieren die in haar laboratorium zijn ontleed om meer te weten te komen over de beweging van koolstof door de waterkolom. In haar dissecties ze heeft plastic gevonden in de maaginhoud van vissen die duizenden meters onder het oppervlak leven. Uit haar laatste onderzoek bleek dat microplastics overal in de waterkolom in Monterey Bay voorkomen. en worden ingenomen door zeedieren.