《深海中的塑料:25年几乎没有改变》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2020-06-24
  • 即使在海洋最偏远的地区也能找到塑料碎片,但通常无法确定它们在海床上待了多久,这也阻碍了估算塑料降解需要的时间的任何尝试性研究。在此,由亥姆赫兹基尔海洋研究中心GEOMAR-Helmholtz领导的研究首次检测了在深海海底存在了20多年的塑料物品,研究成果发表在6月11日的《科学报告》(Scientific Reports)期刊上。
    塑料制品是耐用的,这是一个很大的优势,但另一方面,如果塑料进入环境,这个优势就变成了一个问题。根据目前的知识,塑料不会自然降解。塑料碎片在环境中实际停留的时间只能通过估计并缺乏相应的长期实验。
    这一点尤其适用于深海,而深海本身就缺乏勘探。通过深海机器人和其他水下机器人偶然发现的塑料物体很难确定年代。然而,2015年德国SONNE号研究船进行的一次考察中,亥姆赫兹基尔海洋研究中心、不来梅马克斯普朗克海洋微生物学研究所和基尔大学的研究人员从4000多米深的东太平洋海底回收几块废物。研究人员对其进行检测就可以非常准确地确定沉积年龄。这是首次对深海的塑料退化进行长期研究。
    实际上,2015年,研究小组在距秘鲁海岸约440海里(815公里)的太平洋上,进行了另一项长期实验。1989年,德国科学家在那里挖开了一块海底,以了解未来开采锰结核可能产生的环境影响。其后在1992年、1996年和2015年再次访问了这个地点,以研究深海生态系统的恢复情况。
    2015年, 深潜器ROV KIEL 6000偶然发现了一些废弃物,并将其从海底回收。其中包括一个装有可乐罐的塑料袋,是1988年戴维斯杯特制版。研究合作者Matthias Haeckel博士说:“如果铝罐没有被紧紧地包裹在塑料垃圾袋中,铝罐早就在深海中腐蚀掉了。这表明垃圾袋沉入深海的时间必须相同。”第二件被发现的物品是一个德国制造的凝乳盒。盒子地址显示一个五位数的邮政编码。直到1990年,德国才引进了这种技术。然而,1999年,制造商被竞争对手收购,品牌名称消失了。由于调查的区域远离重要的航运路线,塑料袋和凝乳盒可以归因于1989年、1992年或1996年的DISCOL航行考察。该研究的第一作者生物化学家Stefan Krause博士说:“事实证明,无论是袋子还是凝乳盒都没有破裂甚至退化的迹象。”
    一个最有趣的科学发现是,塑料表面上的微生物群落与在周围海底沉积物中发现的不同。Krause博士说:“所有的物种都可以在深海沉积物中找到,但很明显,塑料的大量堆积会在局部造成主要物种比例的变化”。
    总的来说,这项研究首次为研究深海中的塑料碎片提供了科学依据,也为后续研究奠定了重要的基础,研究团队的最终目标是追踪塑料从大陆进入海洋,并最终沉入海底的过程。
    (张灿影 编译)

  • 原文来源:https://www.geomar.de/en/news/article/plastik-in-der-tiefsee-nach-einem-vierteljahrhundert-noch-wie-neu
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    • 近日,中国科学院深海科学与工程研究所彭晓彤研究员团队在在深海塑料降解机制和降解时间方面取得新进展,相关研究成果近日发表于国际知名地球化学期刊Geochemical Perspectives Letters,张晓迪博士为论文第一作者,彭晓彤研究员为通讯作者。 海洋塑料污染是海洋环境突出的问题之一,严重影响到人类健康和海洋生态系统。塑料在海洋中的降解速度和机制备受国际学术界和全社会的关注。迄今为止,尚未开发出标准方法来量化海洋环境中塑料的年龄。深海海底已被证明是海洋塑料的最终归属地之一,然而相对海洋表层来说,深海缺乏紫外线,氧气含量和温度较低,目前对塑料在深海中是否能够被降解以及在深海中持续的时间知之甚少。 该团队于2018年至2020年使用载人潜水器“深海勇士”号通过22次下潜在中国南海海底(深度746-3997米)采集了共103个塑料碎片,随即采用扫描电子显微镜(SEM)、激光拉曼光谱仪(Raman)、傅里叶变换红外光谱仪(ATR-FTIR)、光诱导力显微镜(PiFM)对这些塑料样品的成分、类型、表面降解特征进行了研究。 研究结果表明这些来自深海的塑料垃圾中有80%都是聚乙烯(PE),其中大部分样品表面都比较粗糙,有很多降解特征,包括褶皱、凸起、裂纹、划痕、不规则凹坑等。 有趣的是,在18片PE表面还发现了大量与杆状微生物的形态相一致的溶蚀坑结构,所有凹坑的长度均为1-2μm。如图2a-d所示,该塑料表面有大片相互连接的蚀坑,主要包括短棒状和花生状两种结构,呈现高度降解。此外,在其他样品表面还观察到不同形态的蚀坑,例如蠕虫状和丝状结构。 通过光诱导力显微镜(PiFM)再现了典型蠕虫状结构的三维形态学。Ra(粗糙度平均值)通常用于指示表面粗糙度。很明显,降解程度越高的塑料表现出较高的粗糙度。与扫描电镜(SEM)相比, PiFM在垂直方向上具有更高的准确度和精密度,可用于探测凹坑的深度。在相对早期的降解阶段,蠕虫状凹坑的宽度约为0.9μm(0.45×2μm),深度约为144.3-289.8nm。随着降解的发展,坑深度变大,约为572.2-663.2 nm。 通过SurfaceWorks(Molecular Vista,Inc.)软件对PiFM图像上所有宽度大于1μm,深度大于0.1μm进行统计分析可以得到每个样品表明腐蚀坑的体积。利用溶蚀坑和各样品的体积比来量化塑料降解的程度,经计算可得每块聚乙烯塑料约有1.08-13.72%被降解。由于目前还没有合适的方法来确定沉积在深海中的塑料的日期,但根据南海同一区域微塑料污染年代史推测这些塑料最长可能已经在海底存在了40年,那么降解最严重的塑料最长将需要大约292年才能完全降解。 该研究首次提供了深海塑料可以被降解的证据,并回答了塑料在深海中可能持续多长时间的问题,为研究深海塑料的命运提供了独特的见解。 相关论文信息:Zhang, X., Peng, X. (2022) How long for plastics to decompose in the deep sea? Geochemical Perspectives Letters 22, 20–25. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2222
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    • 据相关报道,印度塑料行业国际大学目前已接受来自塑料、化工和机械工程师的入学申请,今年将开办短期课程,2019年全面投入运营。 该校由印度塑料基金会贸易协会和美国马萨诸塞州大学洛维尔分校签订合作备忘录,美方提供课程、基础设施、工业和技术学位授予等方面的咨询意见,双方共同建立印度塑料行业国际大学。除工程类课程外,印度塑料行业国家大学还将设置现代化的研发实验室,增加塑料工程类的课程设置。 塑料工业是印度重点发展的工业之一,从建立塑料行业国际大学来看可见一斑。印度是世界上增长最快的经济体之一,还有人口红利以及莫迪政府的“新政红利”,让印度市场投资潜力暴涨,吸引了世界各个地区的塑料相关企业,如赫斯基、威猛巴顿菲尔、索尔维和科思创等纷纷在印度设厂或者扩大厂区。中国也不乏如海天国际控股有限公司这样的知名塑机企业布局印度市场,海天正在印度建设一座新工厂,同时另一家新厂在2018年底能达到200台液压机的产能。 这片市场是否真的黄金遍地?下面就来为大家解读一个真实的印度塑料市场。 1中产的数量将赶超中美欧 印度拥有大约13亿人口,它也是全球人口最多的国家之一,人口数量仅次于中国,并有望在2024年超越中国,成为全球第一人口大国。如此庞大的人口,加上快速发展的经济,使得印度中产阶级大量涌现。 孟买大学最新的研究表明,印度中产阶级规模在八年内翻了一番,从2004年的3亿人增加到2012年的6亿人。预计到2027年,印度的中产阶级数量将超越美国、欧洲和中国的中产阶级数量,成为印度经济强大引擎。 2平均增速18%,塑料包装成亮点 随着塑料在各种产品中的应用越来越广泛,印度塑料工业也已发展成为全国领先的行业之一。据不完全统计,目前印度塑料工业覆盖30,000多家公司,雇佣员工超过400万人。 从2007年到2011年,印度塑料工业的年增长率为13%,超过其国内生产总值的增长。印度塑料工业的规模预计在2016-2017财年达到250亿美元。虽然印度的中产阶级人数在不断增长,但人均塑料消费量仅为11kg,印度塑料行业将持续保持快速的发展。 包装业是印度人口收入水平不断提高和生活方式改变的直接受益者。根据印度工商联合会( Federation of Indian Chambers of Commerce & Industry, FICCI)和塔塔战略管理集团(Tata Strategic Management Group,简称TSMG)发布的联合报告,目前印度人均包装消费量较低,仅为4.3kg,而发达国家德国的人均包装消费量已达到42kg,相比之下,印度的包装市场还有很大的增长空间。 该报告还指出,在未来几年,印度塑料包装行业预计将以每年18%的增长,在2020年达到730亿美元。 3给力的政府政策 印度政府提出未来三年将投资25万亿卢比,以推动印度公路、铁路和航运等基础设施的建设。这些基础设施需要大量的管道、电线电缆、防水膜、木塑复合材料等产品,而塑料恰好是制造这些产品的主要原料。 政府的其他举措,如“印度制造”,“技能印度”、“数字印度”等也加快了塑料工业的发展。例如,数字印度计划建议在未来5到10年内,电子产品将在印度境内采用塑料制成。 另一个发展动力则是商品税和消费税的减税改革。印度GST改革委员会于2017年11月份提议,许多塑料制品,如塑料地板、塑料布、塑料家俱、塑料瓶、塑料卫浴配件等的商品税和消费税的税率,将从28%降低到18%。 这项决定得到了印度塑料工业的普遍支持。印度塑料出口促进委员会前主席Rajeev Chitalia称,“如果印度希望在2022年达到9000亿美元的出口目标,塑料工业将肩负重任。中小企业是塑料工业的支柱产业。降低商品税和消费税税率,将有助于中小企业在印度和国外更好地开展业务。” 根据Plastindia Foundation预测,印度塑料制品出口金额预计将从2016年的79亿美元,在未来5年,可增长到150亿美元。 4风险提示 虽然经济快速增长、人口红利以及莫迪政府的“新政红利”,让印度成为不少中国企业投资的香饽饽。但是投资印度市场,仍然存在一定的不确定因素,如印度的基础设施建设,包括机场、公路、水电建设、市政管理等还很薄弱。印度的交通运输网络对其投资环境是一个巨大的制约因素。 其次,印度的法律税务体系复杂。有三个制约中国企业在印投资的根本性问题——土地法改革、税法改革、劳工法改革,如果这三者不解决,印度市场难以发展。在印度投资的隐性成本比较高,大约占企业生产成本的5%左右,包含了各种繁琐的手续审批、评估、征地以及使整个项目运作起来的各种非显性开支。