Niet al het nieuws over plastic in de oceaan is wat we verwachten. In feite is het misschien niet zo erg als aanvankelijk werd gedacht. Dit is welkome informatie aangezien we de Nationale Wetenschapsweek vieren met een thema over de oceanen.

Recent onderzoek onder leiding van een ANSTO-wetenschapper heeft uitgewezen dat de structurele afbraak van plastic in de oceaan de toegang tot de natuurlijke koolstofcyclus op efficiënte wijze vergemakkelijkt als koolstofdioxide.

Het onderzoek was een onderzoek naar de fragmentatie van verpakkingen tot microplastics in de oceaan.

Het werk vermindert niet de ernstige bedreiging voor dieren in het wild van grote verpakkingen, maar trekt belangrijke conclusies over de factoren die de levensduur van kunststoffen in het milieu bepalen.

De studie werd geleid door Dr. Chris Garvey (Instrument Scientist bij ANSTO's Australian Centre for Neutron Scattering). Chris is momenteel een Fellow van het Lund Institute of Advanced Neutron and X-ray Science terwijl hij aan de Universiteit van Malmö in Zweden werkte.

Het werk levert een belangrijk begrip op van de fysieke mechanismen op moleculaire schaal die de fragmentatie van plastic in de oceaan mogelijk maken.

"Cellulose afval, inclusief karton en papier, komt de koolstofcyclus binnen via een goed begrepen proces. Kunststoffen zijn de laatste jaren en in het bijzonder polyethyleen, die afkomstig zijn van fossiele brandstoffen, papier hebben vervangen als barrièremateriaal voor verpakkingen. Het is belangrijk om te begrijpen hoe deze koolstof, uit een fossielenpoel, komt in de koolstofcyclus, ' zei Garvey.

Het is duidelijk dat bij blootstelling aan UV-zonlicht en zuurstof in de oceaan plastic broos begint te worden, barsten en in kleinere stukjes breken.

Garvey en zijn medewerkers wilden weten welk proces op moleculaire schaal tot brosheid leidt en of deze processen de chemische afbraak van kunststoffen vertragen of versnellen.

De microplastics die in de experimenten werden gebruikt, omvatten monsters die werden verzameld in de tropische wateren van het Caribisch gebied als onderdeel van de Atlantische gyre.

Deze monsters werden vergeleken met iets grotere verweerde stukken plastic van dezelfde bron en nieuwe monsters die de overeenkomende bron van de verweerde stukken waren.

De microplastics, die ongeveer een millimeter groot waren, lang in het water hebben gelegen, maar er is geen manier om te weten wanneer ze in de oceaan zijn beland, behalve dat ze een aanzienlijke fragmentatie van de originele verpakking vertegenwoordigen.

Echter, sondes met analytische technieken, meest speciaal kleine en brede röntgen- en Raman-verstrooiing, belangrijke veranderingen in de microstructuur geïdentificeerd.

Kunststoffen, in dit voorbeeld, polyethyleen, bestaan ​​uit extreem lange moleculen die vele lagen van afwisselende lagen van kristallijne polymeerketens overspannen en een lamelstructuur vormen.

Dit is de normale structuur van polyethyleen geproduceerd door spuitgieten dat wordt gebruikt voor verpakkingen.

De natuurlijke neiging van de lange keten moleculen is om te kristalliseren en dit proces wordt gefrustreerd door de verstrengeling van de polymeerketens tussen de kristallijne lamellen.

UV-straling in zonlicht zorgt ervoor dat de kettingen worden doorgesneden. Dit heeft gevolgen voor de belangrijkste afbraakroute die uiteindelijk de polymeerketens omzet in koolstofdioxide.

"Dit geeft de kinetische arrestatie vrij, dus het polymeer begint weer langzaam te kristalliseren en dit kristallisatieproces verstoort de lamelstructuur, ’ legde Garvey uit.

"Als de lamel wordt verstoord, het is niet langer zo'n effectieve barrière en zuurstof kan er gemakkelijker in diffunderen, " hij zei.

In de studie van polyethyleen uit verschillende verpakkingen, groothoek röntgenverstrooiing gaf een indicatie van de fragmentatie op nanoschaal van de kristallijne lagen en een toename van de fractie kristallijn polymeer.

Röntgenverstrooiing onder een kleine hoek toonde het verlies aan van de afwisselende lagen van amorf en kristallijn polymeer. Laagfrequente Raman-verstrooiing onthulde weinig verandering in de dikte van de lamel tijdens degradatie.

De continue barrière van de kristallijne lamellen, en zijn barrière tegen zuurstofdiffusie in het plastic, wordt vervangen door gefragmenteerde nanodomeinen die een minder effectieve barrière zouden moeten vormen voor zuurstofpermeatie in het plastic.

Deze verandering katalyseert verder de verdere afbraak van het materiaal door oxidatie.