「看不見」的塑料污染 無處不在的納米塑料污染正在危害地球環境

這是一個由三部分組成的系列文章的第一部分，這系列文章探討了我們對微塑料污染範圍和影響的日益加深的理解。

1971年秋天，海洋生物學家埃德·卡彭特(Ed Carpenter)在考察馬尾藻海時，第一次注意到在棕色馬尾藻中漂浮著一些奇怪的白色斑點。經過一些調查，他發現這些是很小的塑料碎片這讓他驚呆了。他說，如果上千個破碎的塑料粒子出現在距離任何大陸550英里外的大西洋中央，「那我想它應該遍布了全世界。」

目前在舊金山州立大學工作的Carpenter於1972年3月17日在《科學》雜誌上發表了他的觀察。他們當年第一次暗示，塑料污染並不僅限於散布在海岸線上的塑料袋、飲料瓶和聚集在臭名昭著的「大太平洋垃圾帶」(Great Pacific Garbage Patch，是一種漩渦狀的洋流，會將垃圾聚集在太平洋)的可見垃圾。這些塑料製品在陽光的照射下變得很脆弱，被風和海浪侵蝕變得粉碎，碎裂成越來越小的碎片，還有從合成纖維中脫落的微小的所謂的微纖維，以及牙膏等產品中的微小粒子，這些碎片被稱為塑料微粒。研究人員說，人類每年生產3億噸塑料(大約相當於整個人類人口的重量)，數以萬億計的降解塑料碎片可能潛伏在自然環境中，並且在很大程度上是看不見的。

微型塑料的體積極小，直徑不到5毫米(大約相當於一粒大米)——意味著它可以被更廣泛的物種所吸收，從微小的海洋浮游生物到人類不等。在動物的身體里，這些塑料垃圾會對它們的器官造成物理損害，而且像小型特洛伊木馬一樣，攜帶有害化學物質，並幫助這些有害物質在食物鏈中累積。

追蹤微型塑料的大量研究發現，不僅是在海洋中，而且在世界的河流、湖泊、農場，土壤以及大大小小的生物體內，都隱藏著大量的塑料。這些東西甚至漂浮在空氣中，不論是在密集的城市地區還是在遙遠的北冰洋。「它無處不在，」多倫多大學的微型塑料研究員切爾西·羅什曼說。

為了了解其影響，以及如何控制污染，科學家需要知道有多少微型塑料集中在哪些地方，它們來自哪裡，以及它們如何移動。然而，由於微塑料中含有數萬種令人眼花繚亂的聚合物，以及它們大小不一，從米粒大小到病毒大小都有，使得檢測微塑料的工作十分複雜。「和探測海水中是否有汞或者鉛污染不一樣，這不是針對一個單一的個體，而是許多不同的個體，」普利茅斯大學(University of Plymouth)海洋生物學家理查德?湯普森(Richard Thompson)說，他幫助創造了「微塑料」(microplastic)一詞。

尋找失蹤的塑料

卡朋特的工作讓人們注意到了海洋里的塑料湯，因此海洋就成為了科學家們試圖確定到底有多少微型塑料在對環境造成破壞的第一個地方。儘管花了幾十年的時間，湯普森在2004年領導的一項開創性研究發現，英國普利茅斯附近的海灘和海岸沉積物中充滿了這種塑料微粒。這時，科學家們才真正開始關注這件事情。從那以後，他們發現了一些被認為主要來自一次性包裝(占所有塑料製品的40%)的微纖維碎片漂浮在每個海洋盆地、海洋物種的腹部，甚至在北冰洋的海冰中也有存在。

來自加拿大安大略省奧羅克里克流域的河床沉積物(與水混合)樣本。下方的深色很可能是由有機物造成的，而白色斑點可能是微型塑料，儘管測試還沒有證實這一點。

對微型塑料的觀察正在改善，但仍然不夠完整。2015年的一項研究得出結論，我們對海洋微型塑料調查發現的微型塑料，只佔我們估計一年內從地方城市進入海洋的固體廢物的1%。這意味著「我們不知道99%的塑料去了哪裡，」梅勒妮·伯格曼(Melanie Bergmann)說，她是阿爾弗雷德·韋格納極地和海洋研究所(Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research)的海洋生態學家。

部分問題是到目前為止所做的許多研究都並沒有捕捉到最微小的塑料，而這種最微型的塑料恰恰被認為是數量最多的。伯格曼最近與他人合作了一項研究，這項研究不像其他許多研究那樣通過視覺來識別微粒，而是使用機器來讀取塑料的化學特徵，這比先前研究的檢測極限更低，研究發現在北極海冰中冷凍的塑料微粒數量是第一項此類研究的100到1000倍，其發現的三分之二的塑料微粒直徑約為11微米(大約相當於人類紅細胞的大小)。大多數研究取樣都是在容易採樣的地表海水中進行的，那裡的微型塑料含量可能會受到洋流和天氣狀況的影響。這樣的外界條件，再加上細菌薄膜和其他附著在塑料顆粒上的物質，會導致許多微型塑料沉入海底或沿著海岸線聚集。馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋教育協會(Sea Education Association)的海洋學家卡拉·拉文德·勞(Kara Lavender Law)說，雖然研究人員可以觀察現有的沉積物核心，但是海底依然很難進行採樣。她還主張應該更好地取樣「那些緊貼著海岸線的沉積物」，很多塑料可能通過河流和海灘進入海洋，特別是在接近人口中心的地方，密度更大的粒子可能很快下沉。

預計對舊金山灣的研究將很快提供更多的信息。在環保組織和廢水工業的資助下，舊金山河口研究所(San Francisco Estuary Institute)從海灣水域和沉積物中收集了數千份樣本，並收集了流入河口的廢水和雨水，以及附近海洋保護區的樣本，以了解不同類型的微塑料的來源和去向。樣品分析應該在秋季結束前完成。然後，這些信息將被輸入一個計算機模型，以預測不同來源的微型塑料是如何通過該地區的河流流入海灣，再流入海洋的。預計這將揭示微型塑料在何處聚集，更有可能會解釋它們是如何影響植物和動物的生活。這一研究結果將有助於研究人員建議如何採取針對性措施從源頭阻止微型塑料的排放——通過政策，如塑料袋禁令，或通過技術，如在洗衣機中採集纖維的裝置。項目經理麗貝卡?薩頓(Rebecca Sutton)表示:「我們非常希望能從這一切中獲得一些強而有力的成果。」

接近源頭

從一開始，科學家就認為海洋中的微塑料主要來自陸地，通過河流進入海洋。這意味著這些微型塑料應該也存在於淡水系統中。但直到2013年，才有人在湖中發現並確定了微型塑料的身份。從那以後，研究人員在世界各地的湖泊、河流和淡水灘中都發現了微型塑料碎片，甚至在一些看似原始、偏遠的水體中也能找到它們的蹤跡，比如蒙古的山地湖泊。在許多這種地方，研究人員還在各種淡水物種的胃裡發現了微型塑料的存在。五大湖一直是一個特別的研究中心。那裡的微型塑料水平至少與填滿垃圾的海洋環流中的水平一樣高，而環流本身僅包含全球海洋中塑料顆粒的一部分，總量估計有15萬億到51萬億。由於河流和湖泊更接近塑料污染的來源，特別是污水處理廠和城市，紐約州立大學弗雷多尼亞分校的化學教授雪莉梅森(Sherri Mason)曾經預計陸地上的塑料粒子比海洋中的要更大，因為它們降解的時間更少。但事實並非如此，她認為「陸地上也有許多種降解方式。」研究人員仍在試圖將湖泊和溪流中發現的微型塑料與它們的來源聯繫起來，以證實這一點，並繪製它們在水系中的運動軌跡。

馬林角(Malin Head)是愛爾蘭最北端的地方，朱利安·埃赫內(Julian Aherne)從國家氣象局(Met Eireann)的一個降水收集器那裡採集了樣本，以尋找從空氣中掉落的微塑料。

安大略西部大學的沉積地質學家Patricia Corcoran也在做著相關的工作，安大略泰晤士河，這條流入位於休倫湖和伊利湖之間的聖克萊爾湖的河流，通過檢查它的沉積物，Corcoran發現的大部分微型塑料都是微纖維，這些微纖維很可能來自廢水處理廠，其次是用於一次性包裝的聚合物的微型塑料碎片。城市附近的微型塑料水平通常較高，並且可以被水流引導到特定區域。

因為她最初的檢查只有一張快照，所以Corcoran今年夏天打算對泰晤士河進行重新採樣。而這一次，她打算收集更小的顆粒，直徑減少到20微米。她還想知道春季的洪水是如何影響沉積物中的微型塑料物質濃度，鑒於今年3月發表的一項研究發現，冬季洪水從英格蘭河床中沖走了數百億計的微塑性顆粒，它們很可能都被衝進了大海。Corcoran還將研究流入伊利湖的格蘭德河，看看這兩條河的對比情況，她希望繼續對它們進行採樣，以觀察濃度隨著時間的變化。「微型塑料的積累是一個非常動態的的過程，」Corcoran說，所以需要持續的監控來獲得完整的情況。

閃閃發光的土壤

微型塑料的藏身之處可不僅僅只有水域，在農民種植糧食的土壤中微型塑料也並不罕見。為了給農田施肥，一些農民使用處理過的污水污泥，這些污水污泥富含營養物質，但也含有從廢水中提取的微纖維。據歐洲和北美的研究估計表明，這些國家每年可能會向農田中添加數萬到數十萬噸的微纖維，而且它們在使用後可以在土壤中持續數年。「基本上有一座山那麼多，」挪威水研究所的研究員Luca Nizzetto說。

其他來源也增加了地面上的塑料數量，包括農民用來保持土壤濕度和防止雜草生長的降解塑料膜，生物廢料堆肥和所謂的混合廢料——由食物殘渣和不可回收材料混合而成的地面混合物。2014年在中國進行的一項研究顯示，降解塑料膜的塑料碎片每公頃土地中就已經高達260公斤。新南威爾士大學專門研究微型塑料的生態學家馬克?布朗說，澳大利亞的一個農場使用了太多的混合廢料，「實際上整個表層土壤都在閃閃發光」。

所有這些微型塑料都可能通過改變土壤保持水分的方式或者令土壤吸附其他污染物(如殺蟲劑)來影響土壤的健康。如果塑料滲透得足夠深，它們就能進入地下水系統;如果它們足夠小，農作物就能吸收它們。如果蚯蚓和其他小生物吞食了這些物質，微型塑料就可以通過陸地食物鏈向上傳播。

第一個專門研究土壤中的塑料微粒的研究才剛剛開始。安大略省溫莎大學的水生生物地質化學家Jill Crossman和Nizzetto是一項國際合作的一部分，該國際合作由歐洲委員會資助，目的在於在加拿大和西班牙測量農業土壤在應用混合廢料之前和之後的塑料微粒濃度，以及檢查微型塑料進入到水系統中的數量，和微型塑料滲透到地下的深度。他們的目標是將這些數據放入計算機模型中，以觀察減少微型塑料負載的不同策略(比如禁止使用混合廢料)可能會有多大效果。

從天而降

微塑料的另一個來源就在我們頭頂。長期以來，科學家們一直在試圖限制實驗室里的污染，但是被風從地面吹起或衣服脫落的微纖維一直困擾著他們。因此，巴黎州立大學的Rachid Dris和他的同事們決定測量從空中飄落下來的微型塑料。在2014年的3個月里，他們收集了掉進大學屋頂煙囪里的東西。他們發現大部分是微型纖維，因為微型纖維的形狀和重量使得它們更容易漂浮在空中，而且它們的數量比預期還要多。他們平均每天每平方米能收集到118個粒子，長度從5毫米到100微米，或者有一張紙的厚度，都不等。但是「我們不知道這個數字的確切含義，因為它是第一個研究結果得出的數字，」Dris說，他現在是德國拜羅伊特大學的生態學家。

幾個偏遠地區也在進行相似的研究，在這些地區，大氣被認為是唯一的微型塑料來源。安大略省特倫特大學(Trent University)的污染建模師朱利安·埃赫內(Julian Aherne)對他家鄉愛爾蘭西海岸氣象站收集的雨水進行了採樣，值得一提的是當地的風是從海上吹往陸地的，他的初步結果顯示，微型纖維的數量與Dris的結果大概一致。今年夏天，他正在對加拿大北極地區的湖泊沉積物進行採樣。而其他研究人員正在對北極海冰上的積雪進行採樣(與冰面里的冰不同，冰面里的冰來自下面的海洋)。掉落的雪「攜帶了所有在大氣中的東西，在我們的研究中則是旨在微型塑料纖維，」爾弗雷德·韋格納極地和海洋研究所的伯格曼說。

因為大氣科學家對煙塵和二氧化硫(導致酸雨)等污染物在大氣中如何移動已經有了比較成熟的觀察，Aherne認為，估計大小和形狀都不同的塑料微粒可能被風帶多遠以及它們可能在空中停留多久都是有可能實現的。隨著越來越多的測量結果陸續出爐，他設想創造出一種類似降雨圖的東西，識別出微型塑料沉降物的全球熱點區域。

下一個大問題

隨著科學家們對微塑料進行梳理，並且從視覺識別微塑料轉向使用機器感測器識別，他們發現微塑料的尺寸越來越小。大多數研究人員認為，微塑料正在進一步降解成他們所謂的納米塑料。這些無限小的雜質會引起更大的關注，因為如果這些納米塑料被人體攝入，它們更有可能穿透腸道進入血液，或者被人體吸入，深入積累在肺部。這種納米大小的塑料碎片已經在實驗室實驗中被證明可以形成了，所以大多數研究人員相信它們在環境中是存在的。但湯普森表示，目前「我們還沒有任何方法來分離納米塑料」。有幾個研究小組正在研究揭示這種潛在威脅的方法，其中包括AWI公司的研究人員，他們目前已經展示了一種在樣品中識別已知納米塑料的方法。當這些方法實現時，伯格曼預計：「我們會發現海洋污染比我們想像的要嚴重得多」。其他環境也會是如此。

研究界還在努力淘汰那些可能低估或高估微型塑料數量的方法，並對方法進行標準化，以便能夠比較不同研究的結果。但也正如梅森所說，「在了解所有這些不同系統的來源、途徑和豐富程度方面仍有很多工作要做」，但越來越清楚的是，微塑料，尤其是微纖維，是無處不在的，他們聚集的一些熱點靠近人口密集地區。專家們都感到非常興奮。薩頓說:「科學發展日新月異，我認為我們在5到10年內將會了解到更多的信息。」這樣，他們就能更好地了解哪些生物和生態系統受到了最嚴重的威脅，並可能就在何處進行干預、防止塑料進入環境等源頭方面向政策制定者提出建議。

儘管定位微塑料的工作仍在繼續，但科學家們仍不失時機地追蹤它可能對生物和生態系統造成的危害，這也包括人類，通過關注我們種植食物的土壤的健康，我們飲用水的質量，甚至更直接地，我們攝入和呼吸的空氣的質量。正如梅森所說:「這是每個人都想回答的問題。」

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