English
W jednym z październikowych numerów „Wodnych Spraw”, w przeglądzie literatury, przedstawiliśmy świeżo opublikowany artykuł polskich i holenderskich naukowców o fragmentacji makroplastiku w rzekach. Autorzy artykułu zgodzili się przybliżyć naszym Czytelnikom ten ważny problem. Ich praca ma szansę przyczynić się do opracowania metody oceny plastikowego śladu odpadów, czyli ilości mikroplastiku wytworzonego z odpadów plastikowych w środowisku.
Plastik jest wszędzie, ale w rzekach szybciej przechodzi w mikroplastik
Powszechne wykorzystanie plastiku w ciągu ostatnich 70 lat przyczyniło się do jego masowej dostawy do środowiska. Szacuje się, że od połowy ubiegłego stulecia trafiło łącznie aż 4,9 mld t odpadów plastikowych[1], a obecność tego nowego, syntetycznego materiału potwierdzono w większości środowisk wodnych i lądowych na całym świecie[2]. Zagrożenia wywołane emisją odpadów plastikowych są różne w zależności od typu samego plastiku oraz miejsca, do którego trafiają.
Przegląd istniejących prac eksperymentalnych dowodzi na przykład, że szkodliwy dla organizmów mikroplastik (cząstki poniżej 5 mm) najszybciej powstaje w wyniku niszczenia popularnych odpadów zbudowanych ze styropianu lub różnego typu fragmentów folii[3]. Szczególnie jeśli trafią one do środowiska, w którym występuje duże nasilenie zewnętrznych czynników mechanicznych (np. wiatr, ruch wody) i biochemicznych (np. dostępność tlenu i promieniowania UV) sprzyjających fragmentacji (Song i in., 2017). Znanym przykładem takiego środowiska, podawanym często w literaturze, są plaże, gdzie działanie fal i dostępność światła słonecznego stwarzają niezliczone okazje do jego degradacji i fragmentacji zarówno mechanicznej, jak i biochemicznej[4].
Obserwując sposób funkcjonowania rzek oraz ich dramatyczne zanieczyszczenie makroplastikiem, można dojść do wniosku, że koryto rzeczne, podobnie jak wybrzeże morskie, może być uznane za fabrykę mikroplastiku[5]. Charakterystyczne dla tego środowiska jest bowiem występowanie ciągłego lub okresowego przepływu wody i transportu rumowiska, co (podobnie jak w przypadku oddziaływania fal na plaży), sprzyja interakcjom mechanicznym makroplastiku z dnem rzeki, rumowiskiem i wodą. Dodatkowo koryta rzeczne z reguły nie są porośnięte roślinnością, co zwiększa ekspozycję tych stref na światło słoneczne, które znacząco przyspiesza degradację plastiku i jego fotochemiczną fragmentację (Liro i in., 2023b).
Model koncepcyjny uwarunkowań fragmentacji makroplastiku w rzekach
Aby móc w przyszłości określić, jak dużo mikroplastiku powstaje podczas fragmentacji różnych typów makroplastiku w rzekach, niezbędne są podstawy teoretyczne i koncepcyjne umożliwiające wyselekcjonowanie możliwych do empirycznego badania (np. w eksperymentach) pytań i hipotez. Powstawanie mikroplastiku podczas fragmentacji makroplastiku coraz bardziej interesuje naukowców i badaczy, jednak w istniejącej literaturze przedmiotu brak było podstaw do analiz tego zjawiska w rzekach. Dlatego zespół, w skład którego weszli dr Maciej Liro z Polskiej Akademii Nauk, mgr Anna Zielonka z Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz dr inż. Tim van Emmerik z Uniwersytetu w Wageningen w Holandii, podjął się opracowania modelu koncepcyjnego czynników determinujących intensywność fragmentacji makroplastiku w korytach rzek[6].
Bazując na dotychczasowych wynikach eksperymentów laboratoryjnych wyróżniono dwa typy czynników kontrolujących tempo fragmentacji makroplastiku w rzece. Pierwszym z nich są wynikające z rodzaju polimerów i kształtu makroplastiku czynniki wewnętrzne (Rys. 1), drugim – związane z klimatem i hydromorfologią koryta czynniki zewnętrzne (Rys. 2).
Powstawanie mikroplastiku w rzekach – czynniki wewnętrzne
Jeśli chodzi o czynniki wewnętrzne, model zbudowany na podstawie informacji pozyskanych z istniejących eksperymentów laboratoryjnych pokazuje, że tempo fragmentacji różnych polimerów może różnić się nawet 1000 do 10 000 razy i najwyższe jest w przypadku polistyrenu (np. białe kubeczki jednorazowe) lub spienionego polistyrenu (styropian). Istotnym czynnikiem wewnętrznym, wpływającym na tempo fragmentacji makroplastiku, jest także jego kształt. Istnieją np. opracowania pokazujące, że fragmenty folii, ze względu na wysoki stosunek ich powierzchni do masy, będą 260-1100 razy szybciej ulegały fragmentacji niż makroplastiki o bardziej zwartym kształcie[7].
Można zatem założyć, że szczególnie podatne na przekształcanie w mikroplastik w rzece będą odpady powstałe z plastików jednorazowego użytku (np. białe kubeczki i sztućce polistyrenowe, tacki styropianowe oraz różnego typu opakowania foliowe) (rys. 1). Mówiąc inaczej, ich ślad plastikowy (ang. plastic footprint) czyli ilość mikroplastiku powstała z nich w środowisku w danym czasie będzie największy[8].
Powstawanie mikroplastiku w rzekach – czynniki zewnętrzne
Zespół badaczy wykazał także, w jaki sposób klimat i hydromorfologia rzeki mogą kontrolować przebieg fragmentacji makroplastiku. Klimat wpływa decydująco na to, czy makroplastik jest transportowany w korycie rzeki stale czy tylko okresowo, co warunkuje możliwość występowania fragmentacji mechanicznej i biochemicznej. Przykładowo, makroplastik może zostać zdeponowany na powierzchni osadów lub roślinności nadrzecznej, gdzie większe znaczenie będzie miała fragmentacja biochemiczna; może również być transportowany w korycie rzeki we flotacji (transport na powierzchni wody), w zawiesinie (transport pomiędzy dnem a powierzchnią wody) lub jako rumowisko denne (transport z częstym kontaktem z dnem rzeki), gdzie większe znaczenie będzie miała fragmentacja mechaniczna (rys. 2).
Opracowany model sugeruje zatem, że koryto rzeczne może być miejscem powstawanie mikroplastiku z różnego typu makroplastików transportowanych w dolnej, środkowej i górnej części kolumny wody w korycie.
Jak podkreśla dr Maciej Liro, publikacja ta ma przede wszystkim wspierać planowanie przyszłych prac eksperymentalnych i modelowych, mających na celu bezpośrednie pomiary śladu plastikowego konkretnych odpadów zalegających w rzekach. Takie informacje są obecnie niedostępne, a mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia wtórnej produkcji mikro- i nanoplastiku w środowisku oraz określenia związanych z tym zagrożeń dla ekosystemu rzecznego i zdrowia człowieka.
Autorzy: mgr Anna Zielonka jest doktorantką w Instytucie Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ. W pracy doktorskiej zajmuje się badaniami zasobów węgla organicznego w Arktyce. W swoich badaniach łączy różne metody – szczególnie z zakresu teledetekcji i dużych zbiorów danych – w celu lepszego zrozumienia procesów przyrodniczych. Autorka 9 recenzowanych publikacji naukowych.
dr Maciej Liro jest adiunktem w Instytucie Ochrony Przyrody PAN, gdzie prowadzi zespół zajmujący się funkcjonowaniem rzek górskich w antropocenie. Od 2021 r. kieruje grantem „Makroplastik w rzece górskiej i pogórskiej” finansowanym w ramach programu SONATA, Narodowego Centrum Nauki. Autor ponad 30 recenzowanych publikacji naukowych.
W artykule korzystano m.in. z prac:
[1] Geyer R., Jambeck J., Lavender Law K., 2017. Production, use, and fate of all plastics ever made. Sci. Adv., 3, e1700782.
[2] Jambeck J.R., Geyer R., Siegler T., Perryman M., Anrady A., Narayan R., Lavender Law K., 2015. Plastic waste inputs from land into the ocean. Science, 347, 768–771.
[3] Liro M., van Emmerik T.H.M., Zielonka A., Gallitelli L., Mihai F.C., 2023a. The unknown fate of macroplastic in mountain rivers. Sci. Total Envi., 865, 161224.
[4] Corcoran P.L., Biesinger M.C., Grifi M., 2009. Plastic and beaches: A degrading relationship. Marine Pollution Bulletin, 58, 80-84.
[5] Liro M., van Emmerik T.H.M., Zielonka A., Gallitelli L., Mihai F.C., 2023a. The unknown fate of macroplastic in mountain rivers. Sci. Total Envi., 865, 161224.
Liro M., Zielonka A., van Emmerik T.H.M., 2023b. Macroplastic fragmentation in rivers. Environment International, 180, 108186.
[6] Liro M., Zielonka A., van Emmerik T.H.M., 2023b. Macroplastic fragmentation in rivers. Environment International, 180, 108186.
[7] Chamas A., Moon H., Zheng J., Qiu Y., Tabassum T., Jang J.H., Abu-Omar M., Scott S.L., Suh S., 2020. Degradation Rates of Plastics in the Environment. ACS Sustainable Chem. Eng. 8, 9, 3494–3511
[8] Liro M., Zielonka A., van Emmerik T.H.M., 2023b. Macroplastic fragmentation in rivers. Environment International, 180, 108186.
