Er drijven biljoenen plastic fragmenten op zee, die grote "vuilnisplekken" veroorzaken in roterende oceaanstromingen die subtropische gyres worden genoemd. Als resultaat, de effecten op het oceaanleven nemen toe en beïnvloeden organismen van grote zoogdieren tot bacteriën aan de basis van het oceaanvoedselweb. Ondanks deze enorme ophoping van plastic op zee, het is slechts verantwoordelijk voor 1 tot 2 procent van de input van plastic afval in de oceaan. Het lot van dit ontbrekende plastic en de impact ervan op het leven in zee blijft grotendeels onbekend.

Het lijkt erop dat door zonlicht gestuurde fotoreacties een belangrijke gootsteen van drijvende plastics op zee kunnen zijn. Zonlicht kan ook een rol spelen bij het verminderen van plastics tot kleinere afmetingen dan die welke zijn vastgelegd door oceanische studies. Deze theorie zou voor een deel kunnen verklaren waarom jaarlijks meer dan 98 procent van het plastic dat in de oceanen terechtkomt, verdwijnt. Echter, direct, experimenteel bewijs voor de fotochemische degradatie van mariene kunststoffen blijft zeldzaam.

Een team van wetenschappers van het Harbor Branch Oceanographic Institute van Florida Atlantic University, East China Normal University en Northeastern University hebben een unieke studie uitgevoerd om het mysterie van ontbrekende plastic fragmenten op zee te helpen ophelderen. Hun werk biedt nieuw inzicht in de verwijderingsmechanismen en potentiële levensduur van een select aantal microplastics.

Voor de studie, gepubliceerd in de Tijdschrift voor gevaarlijke stoffen , onderzoekers selecteerden plastic polymeren die veel voorkomen op het oceaanoppervlak en bestraalden ze met behulp van een zonnesimulatorsysteem. De monsters werden gedurende ongeveer twee maanden bestraald onder gesimuleerd zonlicht om de kinetiek van het oplossen van plastic vast te leggen. Vierentwintig uur was het equivalent van ongeveer één zonnedag van fotochemische blootstelling in het subtropische oppervlaktewater van de oceaanwerveling. Om de fysische en chemische fotodegradatie van deze kunststoffen te beoordelen, onderzoekers gebruikten optische microscopie, elektronenmicroscopie, en Fourier-transformatie infrarood (FT-IR) spectroscopie.

De resultaten toonden aan dat gesimuleerd zonlicht de hoeveelheid opgeloste koolstof in het water verhoogde en die kleine plastic deeltjes kleiner maakte. Het versnipperde ook, geoxideerd en veranderde de kleur van de bestraalde polymeren. De verwijderingssnelheden waren afhankelijk van de polymeerchemie. Technische polymeeroplossingen (gerecycleerde kunststoffen) worden sneller afgebroken dan polypropyleen (bijv. consumentenverpakkingen) en polyethyleen (bijv. plastic zakken, plastic folie, en containers inclusief flessen), welke de meest fotoresistente polymeren waren die werden bestudeerd.

Gebaseerd op de lineaire extrapolatie van plastisch massaverlies, engineered polymeeroplossingen (2,7 jaar) en de North Pacific Gyre (2,8 jaar) monsters hadden de kortste levensduur, gevolgd door polypropyleen (4,3 jaar), polyethyleen (33 jaar), en standaard polyethyleen (49 jaar), gebruikt voor kratten, dienbladen, flessen voor melk en vruchtensappen, en doppen voor voedselverpakkingen.

"Voor de meest fotoreactieve microplastics zoals geëxpandeerd polystyreen en polypropyleen, zonlicht kan deze polymeren snel uit het oceaanwater verwijderen. Ander, minder foto-afbreekbare microplastics zoals polyethyleen, kan decennia tot eeuwen duren om af te breken, zelfs als ze aan het zeeoppervlak blijven, " zei Shiye Zhao, doctoraat, senior auteur en een post-doc onderzoeker in het laboratorium van Tracy Mincer, doctoraat, een assistent-professor biologie/biogeochemie bij FAU's Harbor Branch en Harriet L. Wilkes Honours College. "In aanvulling, omdat deze plastics in zee oplossen, ze geven biologisch actieve organische verbindingen af, die worden gemeten als totaal opgeloste organische koolstof, een belangrijk bijproduct van door zonlicht aangedreven plastic fotodegradatie."

Zhao en medewerkers controleerden ook de biolabiliteit van van plastic afgeleide opgeloste organische koolstof op mariene microben. Deze opgeloste organische stoffen lijken in grote lijnen biologisch afbreekbaar en een druppel op een gloeiende plaat in vergelijking met natuurlijke biologisch labiele opgeloste organische koolstof uit de zee. Echter, sommige van deze organische stoffen of hun co-percolaten kunnen de microbiële activiteit remmen. De opgeloste organische koolstof die vrijkomt bij het fotodegraderen van de meeste kunststoffen, werd gemakkelijk gebruikt door mariene bacteriën.

"Het potentieel dat kunststoffen bio-remmende verbindingen afgeven tijdens fotodegradatie in de oceaan kan de productiviteit en structuur van de microbiële gemeenschap beïnvloeden, met onbekende gevolgen voor de biogeochemie en ecologie van de oceaan, " zei Zhao. "Een van de vier polymeren in onze studie had een negatief effect op bacteriën. Er is meer werk nodig om te bepalen of het vrijkomen van bioremmende verbindingen uit fotodegraderende kunststoffen een veel voorkomend of zeldzaam fenomeen is."

Monsters in het onderzoek waren onder meer post-consumer microplastics van gerecyclede kunststoffen zoals een shampoofles en een wegwerplunchdoos (polyethyleen, polypropyleen, en geëxpandeerd polystyreen), evenals standaard polyethyleen, en plastic-fragmenten verzameld uit het oppervlaktewater van de North Pacific Gyre. In totaal werden 480 gereinigde stukken van elk polymeertype willekeurig geselecteerd, gewogen en in twee groepen verdeeld.