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海洋中微塑料的命运:与生物体形成聚合体下沉海底

北京时间10月8日消息,据国外媒体报道,海洋中含有大量来自生物体的颗粒,包括活着或死去的浮游生物,以及它们的排泄物。这些所谓的生源性颗粒会相互作用,并且经常形成团块(在学术上称为“聚合体”),其中许多会径直下沉到海底。除了这些自然颗粒,海洋中还存在着大量尺寸小于5毫米的塑料颗粒(即微塑料),这些颗粒在海洋中已经存在了很长一段时间。

 
海洋微塑料表面由细菌和微藻形成的生物膜,样品采集于德国基尔峡湾,由共聚焦显微镜成像

尽管不断有新的微塑料进入海洋,而且某些塑料种类由于密度较低而漂浮在海面上,但海洋表面的微塑料浓度往往低于原先的预计。此外,近几年来在深海沉积物中还多次发现了微塑料颗粒。海洋表面的微塑料经历了什么?它们如何沉到了更深的水深?德国未来海洋卓越集群(Cluster of Excellence “The Future Ocean”)成员、研究第一作者贾恩·米歇尔斯(Jan Michels)说:“我们的假说是,微塑料与海水中的生源性颗粒一起形成了聚合体,而这些聚合体很可能沉到了更深的水层。”该研究发表在近期的《皇家学会报告B辑》(Proceedings of the Royal Society B)上。

为了验证这一假说,研究人员使用尺寸为700到900微米的聚苯乙烯珠粒进行实验,在生源性颗粒存在与否的情况下观察这些珠粒的集聚行为。实验给出了明确的结果。德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心(GEOMAR)研究小组负责人安雅·恩格尔(Anja Engel)描述称:“生源性颗粒的存在对聚合体的形成至关重要。尽管微塑料颗粒单独几乎不会聚集,但它们能在几天内与生源性颗粒一起形成非常明显和稳定的聚合体。”

“此外,我们假设存在于微塑料表面的生物膜在聚合体的形成中发挥着某种作用,”米歇尔斯解释道。米歇尔斯在GEOMAR工作期间领导了这些研究,现在他任职于基尔大学。微塑料表面的生物膜由微生物所形成,通常是细菌和单细胞藻类,并且相对粘稠。为了了解这些微生物对聚合体的影响,研究人员进行了比较试验,一组使用清洁的塑料珠,另一组使用覆盖着生物膜的塑料珠。米歇尔斯说:“仅仅过了几个小时,覆盖生物膜的微塑料就与生源性颗粒一起形成了第一个聚合体,比实验一开始为清洁状态的微塑料更早且更快。”平均而言,覆盖生物膜的微塑料有91%在3天之后被包裹在聚合体中。

“在实验室中,如果微塑料被生物膜包裹,而且同时存在着生源性颗粒,那微塑料和生源性颗粒就会很快形成稳定的聚合体,”米歇尔斯总结道。在许多海域,大量生源性颗粒和微塑料表面生物膜的同时存在很可能是十分常见的情况。研究参与者、亥姆霍兹吉斯达赫材料和海岸研究中心(Helmholtz-Zentrum Geesthacht)的凯·维茨(Kai Wirtz)教授解释称:“这就是为什么我们在实验室实验中观察到的聚合过程也很可能发生在海洋中的原因,这对微塑料的运输和分布有着很大影响。”科学家未来可以通过针对性地采集海洋中的聚合体,以及随后对微塑料的存在进行系统分析来进一步研究这些问题。

 

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