Mikroplastik w środowisku wodnym

W ostatnich kilku latach wzrosło zainteresowanie tematyką dotyczącą mikroplastiku. Warto zatem przyjrzeć się temu zagadnieniu bliżej i odpowiedzieć na 3 podstawowe pytania: Co to jest mikroplastik? Jak on powstaje? Dlaczego powstaje i jest szkodliwy?

Temat wydaje się być ważny chociażby dlatego, że wg danych przedstawionych przez Światowy Fundusz na Rzecz Przyrody (WWF - ang. World Wide Fund for Nature) człowiek zjada tygodniowo 5 gramów plastiku, czyli tyle, ile zmieści się na łyżeczce do herbaty.

Produkcja tworzyw sztucznych rozpoczęła się w latach 50. XX w. i trwa do dziś, wykazując tendencję wzrostową. Wraz ze zwiększającym się popytem na tworzywa rośnie masa odpadów generowanych przez człowieka. Znaczna ilość tych odpadów zmienia się w prawie niewidoczny mikroplastik, zanieczyszczając morza, oceany, wybrzeża, czy wody słodkie. Ponadto niska gęstość materiałów polimerowych sprawia, że są one lekkie i łatwo przenoszone przez wiatr i wodę. Co więcej, wytrzymałość tworzyw sprawia, że są trwałym materiałem, który trafiając do środowiska prawie nie ulega procesom rozkładu.

Już w latach 70. ub. w. rozpoczęto badania nad występowaniem tworzyw sztucznych w środowisku wodnym. Dostępna literatura naukowa dotycząca zanieczyszczenia środowisk wodnych jest imponująca, ale nie oddaje skali obecnego problemu.

Najnowsze dane wskazują, że obecność mikroplastiku stanowi kłopot z powodu negatywnego oddziaływania na organizmy wodne. O ile środowiska morskie pod tym względem są dość obszernie opisane, to charakterystyka środowisk śródlądowych jest zdecydowanie mniej znana.

Niniejsza praca nie wyczerpuje tematyki mikroplastiku, która jest obszerna, dotyczy zaś zagadnień związanych z obecnością mikroplastiku w środowiskach wodnych, jednocześnie wyjaśniając, czym jest mikroplastik, jak powstaje i dlaczego stanowi zagrożenie. Aby holistycznie podejść do tematyki mikrozanieczyszczeń w środowiskach wodnych, poruszono również zagadnienie dotyczące mikroplastiku w wodzie pitnej.

Co kryje się pod pojęciem "mikroplastik" i jak on powstaje?

Autorzy prac naukowych zaczęli dokonywać podziału tworzyw sztucznych na różne kategorie, ustalając w ten sposób pomiar wielkości rozpatrywanego elementu jako czynnik, który decyduje o przynależności tworzywa do danej grupy. Wśród tego zestawienia można wyodrębnić podgrupę nazywaną "mikroplastiki". Mikroplastik (MP, ang. microplastics) jest zazwyczaj definiowany jako cząstki pochodzące z tworzyw sztucznych, które są mniejsze od 5 mm. Najmniejsze fragmenty mikroplastiku mogą mieć nawet wymiary nieprzekraczające 1 µm - wówczas nazywane są nanoplastikiem. Jak podaje Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA, ang. European Food Safety Authority), mikroplastik składa się z niejednorodnej mieszaniny materiałów sztucznych, np. polietylenu, polipropylenu, czy polistyrenu, które występują w różnej formie - m.in. włókien, granulek, płatków, czy też śrutu. Występują pomiędzy nimi mniejsze i większe rozbieżności w zakresie wymiaru, kształtu, barwy, składu chemicznego, gęstości, grubości. Rodzaje plastiku pod względem rozmiaru jego cząstki przedstawiają się następująco: megaplastik (> 1 m), makroplastik (> 2,5 cm), mezoplastik (1 mm - 2,5 mm), mikroplastik (1 µm - 5 mm), nanoplastik (< 1 µm). Wspomniane cząstki mogą pochodzić z różnych źródeł, dlatego wprowadzono nomenklaturę, klasyfikując mikrodrobiny ze względu na źródło pochodzenia - pierwotne i wtórne.

Mikroplastik pierwotny służy do wytwarzania niektórych produktów; występuje głównie w postaci mikrogranulek czy peletu. Jego cechą charakterystyczną jest bezpośrednie uwalnianie do środowiska, zazwyczaj nieświadome, rutynowe i powszechne. Mikroplastik wtórny powstaje w wyniku rozkładania się czy fragmentacji tworzyw sztucznych. Procesy te mogą być następstwem używania oraz zużywania się materiałów takich jak: opony, tekstylia, farby, foliowe torebki, butelki, sieci rybackie, a także może stanowić efekt erozji mechanicznej na skutek tarcia, które powstaje w trakcie falowania wody i ciągłego narażenia na działanie piasku czy żwiru.

Gdzie występuje mikroplastik?

Mikroplastik jest wszechobecny, zanieczyszczając w znacznym stopniu środowisko naturalne. Aktualnie nie ma nawet najbardziej odległego miejsca na świecie, w którym on nie występuje. Miejsca takie jak wyspy, dna mórz i oceanów, szczyty górskie niezamieszkiwane przez człowieka są również naznaczone obecnością zanieczyszczeń mikroplastikiem. Można jedynie rozróżnić miejsca, w których występuje jego niższe lub wyższe stężenie.

Skąd bierze się mikroplastik w wodzie? Dlaczego akurat woda jest najbardziej narażona na zanieczyszczenia plastikiem? Otóż cząstki trafiają do wód różnymi drogami, m.in. poprzez odpady, ścieki, opady deszczu i śniegu nad zanieczyszczoną okolicą, kanalizację, wulkanizację, powłoki, którymi pokrywane są statki i łodzie, pył miejski czy kosmetyki do pielęgnacji ciała.

Mikroplastik w morzach i oceanach

Pojęcie mikroplastiku zostało pierwszy raz użyte w 1972 r., kiedy to opisano problem odpadów plastikowych unoszących się na powierzchni wód Morza Sargassowego. Wówczas zaobserwowano, że pośród odpadów o znacznych gabarytach znajdują się fragmenty w rozmiarach znacznie mniejszych. Udowodniono również, że tego rodzaju odpady powszechnie występują we wszystkich morzach i oceanach, a także na plażach.

Mikroplastiki w oceanach pochodzą głównie z rozpadu większych odpadów plastikowych, takich jak torby, butelki, czy sieci rybackie. Innym źródłem są mikrokulki zawarte w produktach kosmetycznych, które przedostały się do wód przez systemy kanalizacyjne.

W wyniku długoletnich obserwacji odpadów w środowiskach wodnych w 1998 r. zauważono m.in. Wielką Pacyficzną Plamę Śmieci (ang. Great Pacific Garbage Patch), znajdującą się w północnej części Oceanu Spokojnego, pomiędzy Hawajami a Kalifornią. Złożona jest ona z cząsteczek tworzyw sztucznych o masie przekraczającej 3,5 mln ton. Przykładowe średnie stężenia mikroplastików w wybranych akwenach morskich prezentują się następująco:

• Ocean Południowy: 100 cząstek/m2
• Morze Śródziemne w pobliżu Korsyki: 0,2 cząstki/m2
• Ocean Spokojny (wybrzeża południowej Kalifornii): 8 cząstek/m3
• Ocean Spokojny (Rosja): 29 cząstek/m2
• Ocean Spokojny (Wyspa Wielkanocna): 805 cząstek/m2
• Morze Wschodniochińskie: < 0,2 cząstki/m3.

Stężenie mikrozanieczyszczeń w wodach morskich może być wyrażane w dwóch jednostkach, mianowicie jako liczba cząsteczek przypadająca na m2, lub jako liczba cząsteczek występująca w m3.

Mikroplastiki są niezwykle niebezpieczne, ponieważ nagminnie są połykane przez organizmy morskie, takie jak ryby, ptaki, a nawet plankton. Może to prowadzić do blokady przewodu pokarmowego, zmniejszenia uczucia sytości, a nawet śmierci zwierząt. Ponadto, mikroplastiki mogą działać jako nośniki toksyn, które akumulują się w organizmach i przenoszą się w górę łańcucha pokarmowego.

Warto pamiętać, że mikroplastik kumuluje się nie tylko w plamach śmieci dryfujących na powierzchni, ale również pod powierzchnią tafli wody. Jest obecny także w osadach morskich, nie tylko w okolicach wybrzeży, ale też pobieranych na pełnym morzu. Bezprecedensowym przykładem jest ten dotyczący gatunku skorupiaka Eurythenes plasticus, opisany w 2020 r. Skorupiaka wyłowiono z wód Rowu Mariańskiego, z głębokości 6010–6949 m p.p.m., a w jego przewodzie pokarmowym znaleziono mikrodrobiny politereftalanu etylenu.

Z informacji opublikowanych przez Organizację Narodów Zjednoczonych do spraw Oświaty, Nauki i Kultury (UNESCO - United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization) wynika, że w oceanach znajduje się około 50–75 bln kawałków plastiku i mikroplastiku, a odpady z tworzyw sztucznych stanowią 80% zanieczyszczeń mórz. Niestety rokrocznie do oceanów trafia od 8 do 10 mln ton odpadów z tworzyw polimerowych.

Mikroplastik w wodach śródlądowych

Wody gruntowe są bardziej chronione przed zanieczyszczeniami antropogenicznymi niż powierzchniowe, ale problem obecności w nich mikroplastików jest taki sam.

Na kierunek "wędrówki" mikroplastików w środowiskach wodnych wpływają różne czynniki, takie jak gęstość, kształt i wielkość cząstek, ale także ilość oraz rodzaj flory i fauny jaka występuje w wodzie. Ponadto nie bez znaczenia jest prędkość przepływów, sezonowa zmienność parametrów wód, głębokość, czy nawet topografia dna.

Mikroplastik w wodach powierzchniowych powstaje i pojawia się w wyniku rozdrobnienia resztek tworzyw sztucznych wskutek procesów fizycznych takich jak rozrywanie, wycieranie, erozje. W ramach badań prowadzonych na mikroplastikach w wodach śródlądowych oszacowano, że blisko 80% mikroplastiku, który występuje w rzekach jest transportowane do mórz i oceanów przyczyniając się do powiększania lub powstawania plam śmieci.

Zdarza się, że w niektórych miejscach akwenów śródlądowych ilość mikroplastiku przewyższa ilość zooplanktonu. Ponadto analizy różnych wyników badań wykazały, że ilość cząsteczek mikroplastiku jest największa przy ujściach rzek oraz na terenach silnie zurbanizowanych i uprzemysłowionych. Bez wątpienia może to mieć poważne konsekwencje w stosunku do ekosystemów dennych jezior i rzek.

Przykłady ilości mikroplastiku w wybranych wodach śródlądowych:

• Rzeka Ren: 8·105/km2
• Jezioro Taihu: 6,8·106/km2
• Jezioro Ontario: 2,8·104/kg osadu dennego
• Europejskie wody powierzchniowe: 1-100 cząsteczek/m3
  

W Polskich wodach problem mikroplastiku jest praktycznie nierozpoznany i praktycznie niebadany. Istnieją jedynie obserwacje dotyczące Morza Bałtyckiego, ale wykonane przede wszystkim przez zespoły naukowców z krajów skandynawskich.

Mikroplastiki w wodzie pitnej

To, że mikroplastik stał się częścią naszej codziennej diety jest już pewne, nie do końca wiadomym jest jedynie ile tak naprawdę go spożywamy (wiele badań jest w trakcie) i z jakich źródeł on pochodzi.

Ilość wody spożywanej przez człowieka różni się w zależności od płci, aktywności fizycznej, miejsca zamieszkania, czy prowadzonego trybu życia. Obecność mikroplastiku w wodzie pitnej jest zależna również od czynników takich jak: miejsce, metoda i objętość pobranej wody, strefa klimatyczna, skala urbanizacji, obecność przemysłu, metoda identyfikacji cząstek.

Obecność mikroplastików została wykryta zarówno w próbkach wody pitnej butelkowanej, jak i kranowej. Według wielu najnowszych doniesień literaturowych woda butelkowana zawiera więcej mikroplastiku niż woda wodociągowa. Trudno jednak wskazać konkretne wartości liczbowe, a nawet przedziały ilościowe, ze względu na różne miejsca pochodzenia jednego i drugiego rodzaju wód.

Podsumowanie

Badania prowadzone na mikroplastikach mają charakter interdyscyplinarny. Współpraca biologów, chemików, fizyków, hydrologów, analityków może przybliżyć nas do bardziej precyzyjnych i kluczowych informacji na temat obecności i wpływu mikroplastików na środowisko oraz zdrowie i życie ludzi.

Światowy problem dotyczący mikroplastiku to zdecydowanie Wielka Pacyficzna Plama Śmieci, czyli "dryfująca wyspa" na północnym Pacyfiku. Stanowi ona olbrzymie zagrożenie dla flory i fauny morskiej.

Cząstki mikroplastiku są przyswajane przez fitoplankton, który stanowi pokarm dla ryb i ptaków morskich; trafiają one w ten sposób do łańcucha troficznego, stając się poważnym zagrożeniem dla całych ekosystemów.

Oprócz wód słonych mikroplastik zanieczyszcza też słodkie wody: powierzchniowe, płynące i stojące. Zdecydowanie najwięcej mikroplastiku znajduje się przy ujściach rzek oraz na terenach silnie naznaczonych działalnością człowieka, wzrasta również podczas gwałtownych zmian pogodowych takich jak silne wiatry, czy ulewne deszcze.
Mikroplastiki stanowią poważne zagrożenie dla środowiska wodnego, a ich redukcja wymaga globalnych działań, w tym poprawy gospodarki tworzywami sztucznymi oraz odpadami, a także zwiększenia świadomości społecznej.

Autor: dr hab. Agnieszka Richert

The Ocean Cleanup to organizacja non-profit założona w 2013 r. przez Boyana Slata, której misją jest oczyszczenie oceanów z plastikowych odpadów. Organizacja wykorzystuje innowacyjne technologie, takie jak pasywne systemy zbierania plastiku, które korzystają z prądów morskich. System 03 to najnowsza, trzecia już wersja systemu, który z powodzeniem wychwytuje duże ilości odpadów, zwiększając skalę i efektywność zbierania plastiku. Ważnym projektem organizacji jest również zapora "Interceptor", która wychwytuje odpady w rzekach zanim trafią one do oceanów, ponieważ 80% plastików pochodzi właśnie z rzek.

Organizacja promuje również recykling i zamykanie obiegu materiałów, oferując produkty z odzyskanego plastiku.

Po 6 latach badań i 3 latach operacji zbierania odpadów organizacja deklaruje, że eliminacja Wielkiej Pacyficznej Plamy Śmieci może zostać przeprowadzona, przy założeniu utrzymania dzisiejszego poziomu wydajności, w ciągu 10 lat kosztem 7,5 mld dolarów.