Plastic is het meest voorkomende type afval dat in de oceanen van de wereld drijft. Golven en zonlicht breken veel ervan af in kleinere deeltjes die microplastics worden genoemd - fragmenten van minder dan 5 millimeter groot, ongeveer zo groot als een sesamzaadje.

Om te begrijpen hoe microplasticvervuiling de oceaan beïnvloedt, wetenschappers moeten weten hoeveel er is en waar het zich ophoopt. De meeste gegevens over microplasticconcentraties zijn afkomstig van commerciële en onderzoeksschepen die planktonnetten slepen - lange, kegelvormige netten met zeer fijn gaas ontworpen voor het verzamelen van mariene micro-organismen.

Maar de trawlvisserij kan alleen kleine gebieden bemonsteren en kan de echte plasticconcentraties onderschatten. Behalve in de Noord-Atlantische en Noord-Pacifische gyres - grote zones waar oceaanstromingen roteren, drijvend afval verzamelen - wetenschappers hebben heel weinig monsters genomen voor microplastics. En er is weinig informatie over hoe de concentraties van deze deeltjes in de loop van de tijd variëren.

Om deze vragen te beantwoorden, Onderzoeksassistent Madeline Evans van de Universiteit van Michigan en ik hebben een nieuwe manier ontwikkeld om microplasticconcentraties vanuit de ruimte te detecteren met behulp van NASA's Cyclone Global Navigation Satellite System. CYGNSS is een netwerk van acht microsatellieten dat in 2016 werd gelanceerd om wetenschappers te helpen orkanen te voorspellen door tropische windsnelheden te analyseren. Ze meten hoe wind het oppervlak van de oceaan opruwt - een indicator waarvan we ons realiseerden dat deze ook zou kunnen worden gebruikt om grote hoeveelheden microplastics op te sporen en te volgen.

Op zoek naar gladde zones

De jaarlijkse wereldwijde productie van plastic is sinds de jaren vijftig elk jaar toegenomen, het bereiken van 359 miljoen metrische ton in 2018. Veel ervan komt terecht in de open lucht, ongecontroleerde stortplaatsen, waar het in rivierafvoerzones kan spoelen en uiteindelijk in de oceanen van de wereld.

Onderzoekers documenteerden voor het eerst plastic afval in de oceanen in de jaren zeventig. Vandaag, het is goed voor naar schatting 80% tot 85% van het zwerfvuil op zee.

De radars op CYGNSS-satellieten zijn ontworpen om winden boven de oceaan indirect te meten door te meten hoe ze het wateroppervlak ruwer maken. We wisten dat wanneer er veel materiaal in het water drijft, wind maakt het niet zo ruw. Dus probeerden we te berekenen hoeveel gladder metingen het oppervlak aangaven dan het had moeten zijn als er winden met dezelfde snelheid over helder water waaiden.

Deze anomalie - de "ontbrekende ruwheid" - blijkt sterk gecorreleerd te zijn met de concentratie van microplastics nabij het oceaanoppervlak. In andere woorden, gebieden waar oppervlaktewateren ongewoon glad lijken, bevatten vaak hoge concentraties microplastics. De gladheid kan worden veroorzaakt door de microplastics zelf, of mogelijk door iets anders dat ermee verband houdt.

Door alle metingen van CYGNSS-satellieten te combineren terwijl ze rond de wereld draaien, we kunnen wereldwijde time-lapse-beelden maken van microplasticconcentraties in de oceaan. Onze afbeeldingen identificeren gemakkelijk de Great Pacific Garbage Patch en secundaire gebieden met een hoge concentratie aan microplastics in de Noord-Atlantische Oceaan en de zuidelijke oceanen.

Microplasticstromen in de loop van de tijd volgen

Aangezien CYGNSS constant windsnelheden volgt, het laat ons zien hoe microplasticconcentraties in de loop van de tijd veranderen. Door een jaar aan afbeeldingen te animeren, we hebben seizoensvariaties onthuld die voorheen niet bekend waren.

We ontdekten dat de wereldwijde concentraties van microplastics tijdens de zomermaanden op het noordelijk halfrond hun piek bereiken in de Noord-Atlantische Oceaan en de Stille Oceaan. juni en juli, bijvoorbeeld, zijn de piekmaanden voor de Great Pacific Garbage Patch.

Concentraties op het zuidelijk halfrond pieken tijdens de zomermaanden januari en februari. Lagere concentraties tijdens de winter op beide halfronden zijn waarschijnlijk te wijten aan een combinatie van sterkere stromingen die microplasticpluimen opsplitsen en verhoogde verticale menging - de uitwisseling tussen oppervlakte- en dieper water - die een deel van het microplastic naar beneden transporteert.

Deze aanpak kan ook gericht zijn op kleinere regio's gedurende kortere perioden. Bijvoorbeeld, we onderzochten episodische uitstroomgebeurtenissen uit de monding van de Chinese Yangtze- en Qiantang-rivieren, waar ze uitmonden in de Oost-Chinese Zee. Deze gebeurtenissen kunnen in verband zijn gebracht met een toename van de industriële productieactiviteit, of met een toename van de snelheid waarmee beheerders de rivieren door dammen lieten stromen.

Betere targeting voor opruimacties

Ons onderzoek heeft verschillende mogelijke toepassingen. particuliere organisaties, zoals The Ocean Cleanup, een non-profitorganisatie in Nederland, en Clewat, een Fins bedrijf gespecialiseerd in schone technologie, gebruik speciaal uitgeruste schepen om te verzamelen, afval en afval op zee recyclen en afvoeren. We zijn met beide groepen in gesprek gegaan en hopen hen uiteindelijk te helpen hun vloten effectiever in te zetten.

Onze ruimtebeelden kunnen ook worden gebruikt om numerieke voorspellingsmodellen te valideren en te verbeteren die proberen te volgen hoe microplastics door de oceanen bewegen met behulp van oceaancirculatiepatronen. Geleerden ontwikkelen verschillende van dergelijke modellen.

Hoewel de onregelmatigheden in de ruwheid van de oceaan die we hebben waargenomen sterk correleren met de concentraties van microplastics, our estimates of concentration are based on the correlations that we observed, not on a known physical relationship between floating microplastics and ocean roughness. It could be that the roughness anomalies are caused by something else that is also correlated with the presence of microplastics.

One possibility is surfactants on the ocean surface. These liquid chemical compounds, which are widely used in detergents and other products, move through the oceans in ways similar to microplastics, and they also have a damping effect on wind-driven ocean roughening.

Further study is needed to identify how the smooth areas that we identified occur, and if they are caused indirectly by surfactants, to better understand exactly how their transport mechanisms are related to those of microplastics. But I hope this research can be part of a fundamental change in tracking and managing microplastic pollution.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.