De oceaan zit vol met kleine plastic deeltjes – we hebben een manier gevonden om ze te volgen met satellieten

Onderzoekers zetten netten in om plankton te bemonsteren in Lake Michigan. aan hem toegeschreven: NOAAEn de CC BY-SA

Plastic is het meest voorkomende type drijvend afval in de oceanen van de wereld. Golven en zonlicht breken veel ervan in kleinere deeltjes die microplastic scherven worden genoemd minder dan 5 millimeterOngeveer zo groot als een sesamzaadje.

Om te begrijpen hoe microplastic vervuiling beïnvloedt OceaanWetenschappers moeten weten hoeveel en waar het zich ophoopt. De meeste gegevens over concentraties van microplastics zijn afkomstig van het slepen van commerciële en onderzoeksschepen plankton netwerken– Lange, kegelvormige netten met zeer fijne mazen ontworpen voor het verzamelen van mariene micro-organismen.

Maar trawlvisserij kan alleen kleine gebieden bemonsteren en kan de echte plasticconcentraties verminderen. behalve in Noord-Atlantische en Noord-Pacifische wervels—Zoom in op gebieden waar oceaanstromingen Als alternatief, het verzamelen van drijvend puin – wetenschappers hebben nog niet zo weinig microplastics bemonsterd. Er is weinig informatie over hoe de concentraties van deze deeltjes in de tijd variëren.

Om deze vragen te beantwoorden, een onderzoeksassistent aan de Universiteit van Michigan Madeline Evans en ontwikkelde een nieuwe methode voor Detectie van plastic deeltjesconcentraties vanuit de ruimte NASA gebruiken Cycloon Wereldwijd satellietnavigatiesysteem. CYGNSS is een netwerk van acht microsatellieten dat in 2016 werd gelanceerd om wetenschappers te helpen orkanen te voorspellen door de snelheid van tropische winden te analyseren. Ze meten hoe wind het oppervlak van de oceaan zachter maakt – een indicator waarvan we ons realiseerden dat die ook zou kunnen worden gebruikt om grote hoeveelheden microplastics op te sporen en te volgen.

Zoeken naar zachte gebieden

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

Onderzoekers documenteerden voor het eerst de aanwezigheid van plastic afval in de oceanen in de jaren zeventig. Vandaag vertegenwoordigt het wat wordt geschat 80% tot 85% van het zwerfvuil op zee.

De radars op CYGNSS-satellieten zijn ontworpen om indirect de wind boven de oceaan te meten door te meten hoe ruw het wateroppervlak is. We wisten dat als er veel materiaal in het water drijft, de wind het lang niet zo ruw maakt. Dus probeerden we te berekenen hoeveel gladder de metingen naar het oppervlak wijzen dan het zou zijn geweest als er winden met dezelfde snelheid door het heldere water waaiden.

Deze anomalie – ‘ontbrekende ruwheid’ – bleek nauw verband te houden met de concentratie van microplastics nabij het oceaanoppervlak. Met andere woorden, gebieden waar oppervlaktewater er ongewoon glad uitziet, bevatten vaak hoge concentraties microplastics. Zachtheid kan worden veroorzaakt door de microplastics zelf, of misschien door iets anders dat ermee samenhangt.

Door alle metingen te combineren die zijn gedaan door de CYGNSS-satellieten terwijl ze rond de aarde cirkelden, kunnen we wereldwijde time-lapse-beelden maken van de concentraties plastic deeltjes in de oceanen. Onze foto’s zijn gemakkelijk te herkennen Great Pacific Garbage Patch Secundaire regio’s met een hoge concentratie aan microplastics bevinden zich in de Noord-Atlantische Oceaan en de Zuidelijke Oceaan.

Deze beelden tonen concentraties van microplastics (aantal deeltjes per vierkante kilometer) aan de mondingen van de Yangtze- en Qian Tang-rivieren terwijl ze afwateren in de Oost-Chinese Zee. (a) gemiddelde intensiteit gedurende het hele jaar; (b) een kortdurende explosie van deeltjes uit de Qiantang-rivier; (C en D) Kortstondige uitbarstingen van de Yangtze-rivier. aan hem toegeschreven: Evans en Rove, 2021.En de CC BY

Traceer stromen van plastic deeltjes in de tijd

Omdat CYGNSS constant windsnelheden volgt, kunnen we zien hoe de concentraties van plastic deeltjes in de loop van de tijd veranderen. door Animaties die een jaar aan foto’s waard zijn, we hebben onthuld seizoensgebonden veranderingen die voorheen niet bekend waren.

We ontdekten dat de wereldwijde concentraties van plastic deeltjes tijdens de zomermaanden op het noordelijk halfrond de neiging hebben om een ​​piek te bereiken in de Noord-Atlantische Oceaan en de Stille Oceaan. Juni en juli zijn bijvoorbeeld de piekmaanden in de Great Pacific Garbage Patch.

Concentraties op het zuidelijk halfrond bereiken hun hoogtepunt tijdens de zomermaanden januari en februari. De lagere concentraties tijdens de winter in beide halfronden zijn waarschijnlijk te wijten aan een combinatie van sterkere stromingen die de microplasticpluimen opbreken en een verhoogde verticale menging – de uitwisseling tussen oppervlakte- en diep water – die een deel van de microplastics onder het oppervlak transporteert.

Deze aanpak kan ook gericht zijn op kleinere gebieden gedurende kortere perioden. We hebben bijvoorbeeld gekeken naar de incidentele stroomgebeurtenissen uit de monding van de Yangtze- en Qiantang-rivieren in China terwijl ze afwateren in de Oost-Chinese Zee. Deze gebeurtenissen kunnen in verband worden gebracht met een toename van de industriële productie, of met een toename van de snelheid waarmee beheerders rivieren door dammen hebben laten stromen.

Sandalen op zonne-energie die plastic uit water filteren, ontworpen door de Nederlandse NGO The Ocean Cleanup, ingezet in Rio Ozama, Dominicaanse Republiek, in 2020. Credit: oceaan schoonmakenEn de CC BY

Betere doelgerichtheid van schoonmaakwerkzaamheden

Ons onderzoek heeft veel potentiële toepassingen. Particuliere organisaties, zoals oceaan schoonmaken, een non-profit organisatie in Nederland, en kiwi’s, een Fins cleantechbedrijf, gebruikt speciaal uitgeruste schepen om zeeafval en puin in te zamelen, te recyclen en te verwijderen. We zijn met beide groepen in gesprek gegaan en hopelijk kunnen we ze uiteindelijk helpen hun wagenpark effectiever in te zetten.

Onze ruimtebeelden kunnen ook worden gebruikt om numerieke voorspellingsmodellen te valideren en te verbeteren die proberen te volgen hoe microplastics over de oceanen bewegen met behulp van oceaancirculatiepatronen. Wetenschappers zijn Ontwikkel veel van deze modellen.

Terwijl de onregelmatigheden in de ruwheid van de oceaan die we hebben waargenomen er nauw verband mee houden microplastic Concentraties, Onze concentratieschattingen zijn gebaseerd op de correlaties die we hebben waargenomen, en niet op een bekende fysieke relatie tussen drijvende microplastics en de ruwheid van de oceaan. De ruwheidsafwijking kan worden veroorzaakt door iets anders dat ook te maken heeft met de aanwezigheid van microplastics.

een mogelijkheid oppervlakteactieve stof op het oceaanoppervlak. Deze vloeibare chemische verbindingen, die veel worden gebruikt in wasmiddelen en andere producten, reizen over de oceanen op een manier die vergelijkbaar is met microplastics, en ze hebben ook een dempend effect op de ruwheid van de oceaan die door wind wordt verplaatst.

Verder onderzoek is nodig om te bepalen hoe de gladde gebieden die we hebben geïdentificeerd voorkomen, en of ze indirect worden veroorzaakt door oppervlakteactieve stoffen, om beter te begrijpen hoe hun transportmechanismen zich verhouden tot de transportmechanismen van microplastics. Maar ik hoop dat dit onderzoek deel uitmaakt van een fundamentele verandering in tracking en beheer Vervuiling door plastic deeltjes.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Gesprek Onder een Creative Commons-licentie. Lees de origineel artikel.