Plastik to najbardziej rozpowszechniony rodzaj odpadów pływających w oceanach świata. Fale i światło słoneczne rozbijają większość z nich na mniejsze cząstki zwane mikroplastikiem – są fragmenty o średnicy mniejszej niż 5 milimetrów, czyli mniej więcej wielkości ziarna sezamu.

Aby zrozumieć, jaki wpływ na ocean ma zanieczyszczenie mikroplastikiem, naukowcy muszą wiedzieć, ile go jest i gdzie się gromadzi. Większość danych o stężeniu mikroplastiku pochodzi ze statków handlowych i badawczych, które holują sieci planktonowe – długie, stożkowate sieci o bardzo drobnych oczkach, przeznaczone do zbierania mikroorganizmów morskich.

Tymi malutkimi włoskami sieci można jednak pobierać próbki tylko z niewielkich obszarów i mogą one zaniżać informację, o rzeczywistym stężeniu tworzyw sztucznych na danym obszarze. Inaczej to wygląda w przypadku cyrkulacji północnoatlantyckiej oraz północnopacyficznej. Są to duże strefy, w których prądy oceaniczne obracają się, zabierając unoszące się w wodzie zanieczyszczenia – tutaj naukowcy pobierali bardzo niewiele próbek mikroplastiku. Niewiele jest też informacji o tym, jak stężenie tych cząstek zmienia się w czasie.

Aby odpowiedzieć na te pytania, Christopher Ruf -profesor klimatu na University of Michigan wraz ze swoją asystentką Madeline Evans, opracowali nowy sposób wykrywania stężenia mikroplastiku  i to z przestrzeni kosmicznej, przy wykorzystaniu Globalnego Systemu Nawigacji Satelitarnej Cyklonów (CYGNSS) należącego do NASA. CYGNSS to sieć ośmiu mikrosatelitów, która została uruchomiona w 2016 r., aby pomóc naukowcom w przewidywaniu huraganów poprzez analizę prędkości wiatru tropikalnego. Mierzą one, jakie jest natężenie wiatru na powierzchni oceanu. Okazało się, że ten wskaźnik może być również wykorzystywany do wykrywania i śledzenia dużych ilości mikroplastiku.

W poszukiwaniu gładkich stref

Roczna globalna produkcja tworzyw sztucznych wzrasta każdego roku od lat 50. ubiegłego wieku, osiągając w 2018 r. poziom 359 mln ton metrycznych. Duża część tego materiału trafia na otwarte, niekontrolowane wysypiska śmieci, skąd może przedostawać się do zlewni rzek, a ostatecznie do oceanów.

Naukowcy po raz pierwszy udokumentowali obecność odpadów plastikowych w oceanach w latach 70. ubiegłego wieku. Obecnie stanowią one szacunkowo od 80% do 85% odpadów morskich.

Radary umieszczone na satelitach CYGNSS zostały zaprojektowane do pośredniego pomiaru wiatrów nad oceanem poprzez pomiar szorstkości powierzchni wody. Gdy w wodzie unosi się dużo materiału, wiatry nie powodują, że staje się ona tak bardzo szorstka. Naukowcy postarali się więc obliczyć, o ile gładsza jest powierzchnia wody według pomiarów, niż powinna być, gdyby wiatry o tej samej prędkości wiały po czystej wodzie.

Okazało się, że ta anomalia – nazywana roboczo “brakującą szorstkością” – jest silnie skorelowana ze stężeniem mikroplastiku przy powierzchni oceanu. Innymi słowy, obszary, w których wody powierzchniowe wydają się być wyjątkowo gładkie, często zawierają duże stężenia mikroplastiku. Gładkość ta może być spowodowana przez sam mikroplastik lub przez coś innego, co jest z nim związane.

Łącząc wszystkie pomiary wykonane przez satelity CYGNSS podczas ich orbitowania wokół naszej planety, możemy stworzyć globalne, poklatkowe obrazy stężenia mikroplastiku w oceanie. Na takich obrazach z łatwością można zidentyfikować Wielką Pacyficzną Plamę Śmieci oraz inne regiony o wysokim stężeniu mikroplastiku na północnym i południowym Atlantyku.

Śledzenie przepływu mikroplastiku w czasie

Ponieważ CYGNSS stale śledzi prędkości wiatru, pozwala nam zobaczyć, jak stężenie mikroplastiku zmienia się w czasie. Animując obrazy z całego roku, ujawnione zostały zmiany sezonowe, które nie były wcześniej znane.

https://www.youtube.com/watch?v=sQTGOU9LiJ0
Ta animacja pokazuje, jak można wykorzystać dane satelitarne do śledzenia, gdzie mikroplastik dostaje się do wody, jak się przemieszcza i gdzie ma tendencję do gromadzenia się

Naukowcy stwierdzili, że globalne stężenie mikroplastiku ma tendencję do osiągania szczytów na Atlantyku i Pacyfiku na półkuli północnej w miesiącach letnich. Na przykład czerwiec i lipiec to miesiące, w których występuje największe stężenie w Wielkiej Pacyficznej Plamie Śmieci.

Stężenia na półkuli południowej osiągają najwyższy poziom w styczniu i lutym, czyli dla tej półkuli w miesiącach letnich. Niższe stężenia w okresie zimowym na obu półkulach są prawdopodobnie wynikiem połączenia silniejszych prądów, które rozbijają pióropusze mikroplastiku, a także wymiany między wodą powierzchniową a głębinową – która przenosi część mikroplastiku pod powierzchnię.

Rozwiązanie opracowane przez naukowców z University of Michigan może być również stosowane w mniejszych regionach w krótszych okresach czasu. Na przykład badano epizodycznie wypływy z ujść rzek Jangcy i Qiantang w Chinach, które wpadają do Morza Wschodniochińskiego. Zwiększenie stężenia mikroplastiku w wodzie mogło być związane ze wzrostem produkcji przemysłowej lub zwiększeniem tempa, w jakim zarządcy umożliwiali rzekom przepływ przez zapory.

Lepsze ukierunkowanie działań oczyszczających

Badania te mają kilka innych potencjalnych zastosowań. Prywatne organizacje, takie jak holenderska organizacja non-profit The Ocean Cleanup oraz fińska firma Clewat, specjalizująca się w czystych technologiach, wykorzystują specjalnie wyposażone statki do zbierania, recyklingu i utylizacji odpadów i śmieci morskich. Rozpoczęto rozmowy z obiema grupami i pojawiła się nadzieja, że uda się pomóc im w bardziej efektywnym wykorzystaniu ich flot.

Zdjęcia z przestrzeni kosmicznej mogą być również wykorzystane do walidacji i udoskonalenia numerycznych modeli prognostycznych, które próbują śledzić przemieszczanie się mikroplastików w oceanach na podstawie wzorców cyrkulacji oceanicznej. Naukowcy opracowują kilka takich modeli.

Chociaż zaobserwowane anomalie szorstkości wody oceanu silnie korelują ze stężeniem mikroplastiku, to szacunki stężenia oparte są na zaobserwowanych korelacjach, a nie na znanej fizycznej zależności między pływającym mikroplastikiem a szorstkością oceanu. Być może anomalie w szorstkości są spowodowane czymś innym, co również jest skorelowane z obecnością mikroplastiku.

Jedną z możliwości są surfaktanty na powierzchni oceanu. Te ciekłe związki chemiczne, powszechnie stosowane w detergentach i innych produktach, przemieszczają się w oceanach w sposób podobny do mikroplastiku, a ponadto mają wpływ na tłumienie szorstkości oceanu wywołanej wiatrem.

Konieczne są dalsze badania, aby ustalić, w jaki sposób powstają zidentyfikowane przez naukowców gładkie obszary i czy są one powodowane pośrednio przez środki powierzchniowo czynne. Dzięki temu będzie można lepiej zrozumieć mechanizmy ich transportu i czy są powiązane z mikroplastikiem. Ilość mikroplastiku w środowisku jest przeogromna – miejmy więc nadzieję, że te badania mogą stać się częścią fundamentalnej zmiany w śledzeniu i zarządzaniu zanieczyszczeniem mikroplastikiem.

Źródło: The Conversation, Britannica, Marine Debris Program