Nature新闻特写 直击海洋塑料

引语：塑料是我们日常生活中最常见的材料之一，然而我们所消耗的每一片塑料，都有可能流入大海！从北极到南极，从地表到地下沉积物，在科学家们所能观察到的每一处海域中都能发现塑料的踪迹。据报道称，太平洋上的海洋垃圾已达300多万平方公里，超过了印度的国土面积，在太平洋上已形成了一个面积达70万平方公里、大约德克萨斯州那么大、以塑料为主的“海洋垃圾带”。海洋塑料垃圾让人触目惊心，不断危害着海洋生物，污染着海洋资源，最终又“回馈”给人类。科学家研究称，每年被丢入海洋中的塑料垃圾接近500万吨，其中一些塑料颗粒甚至已经污染到食用的海盐。那么海洋塑料究竟从何而来？到底有多少？在哪里？存在什么危害？还有我们应该做些什么呢？——这些都是值得人类探讨的问题。Nature官网最近聚焦海洋塑料，或许能给我们带来一些启示。

图1 铺满塑料的Kamilo海滩

Kamilo海滩，在夏威夷岛的末端，是一个偏远的热带海岸。那里有白色的沙子、强劲的波浪、而且没有马路直达。事实上，它本该有着一个田园诗般的热带海滩所拥有的一切。然而，一个不可回避的问题是：它经常铺满了塑料！

由于洋流和漩涡，瓶子、渔网、绳索、鞋子和牙刷等成千上万吨垃圾被冲到了这里。2011年的一项研究公布，这里的顶层沙中的塑料重量高达30%。Kamilo海滩已被称为世界上最脏的海滩，它也令人震惊地直观展示出人类已经向海洋中倾倒了多少塑料垃圾。

从北极到南极，从地表到地下沉积物，在科学家们所看到的每一处海洋环境中，他们都发现了塑料。人类产生的其他垃圾腐烂或锈蚀消失，但塑料可以存在很多年，杀害动物、污染环境、破坏海岸线。据相关统计，海洋垃圾中50-80%都是塑料。“是有一些地方你没有发现塑料，” Kara Lavender Law，马萨诸塞州伍兹霍尔海洋教育协会的一位海洋学家说道，“但在不同的海洋水库中，我们全部都发现了塑料。我们知道这很普遍。”

图2 志愿者正在进行塑料垃圾清理工作

报纸上曾报道过“大太平洋垃圾带”的故事，这是太平洋中部的一个塑料颗粒聚集区，来自世界各地的志愿者们加入了海滩清理工作。然而，在许多方面，研究滞后于公众关注。科学家们仍在努力回答最基本的问题：海洋中有多少塑料？在哪里？以什么样的形式？有什么样的危害？这是因为海洋科学研究是艰难、昂贵和费时的。要想在广阔的海洋中全面调查研究微小甚至微观的塑料碎片十分困难，并且也很少有研究人员将此作为他们的工作。

但是现在，兴趣正在回升。“过去四年中的出版物比过去四十年还要多，”加利福尼亚州圣莫尼卡5 Gyres研究所——致力于与塑料污染作斗争——的联合创始人兼研究部主任Marcus Eriksen说道。科学家和环保主义者们知道还有很多事情要做。去年5月，联合国环境规划署（UNEP）在内罗毕会议上通过的一项决议指出“海洋环境中塑料废弃物和塑料微粒的存在是日益严重的全球性问题，需要全球的紧急应对”。

海洋塑料从何而来？

2014年，在夏威夷西北海岸附近的美国海洋公园Papahānaumokuākea，一个团队从该保护区中除去了一个重达11.5吨的大渔网——相当于伦敦的一辆公共汽车。被丢失或丢弃在海上的渔网和其他捕鱼设备被认为构成了海洋塑料的很大一部分。联合国环境规划署（UNEP）的一项统计表明这些“幽灵”渔具占到所有海洋垃圾的10%，大约64万吨。

然而事实远不止这些。全球塑料制品的产量每年都在增长，现在已经达到3亿吨左右，而且很大一部分最终都会进入海洋中。塑料垃圾被人们扔在海滩上，塑料袋被风吹进大海。大量的塑料被倒入垃圾填埋场后，如果垃圾倾倒点没有得到妥善管理，很容易被冲走或吹走。另外一些来源并不那么明显：当轮胎磨损后，它们会在道路上留下微小的碎片，渗入排水沟进而进入海洋。

在2014的一篇论文中，Eriksen和他的团队分析了一系列来自世界各地的海洋塑料考察数据，他们估计重量占比87%的漂浮塑料的尺寸大于4.75毫米。其中包括浮标、线、网、桶、瓶、袋（如下图所示）。但当碎片被计数而不是称重时，大塑料占了总数的7%。许多塑料物品在阳光的照射和海浪的冲击下分解，直到最终达到微观尺寸，其他塑料从一开始就很小，如脸部磨砂膏及替他化妆品中加入的“微球”等，并流入海洋之中。

图3 不同尺寸的塑料垃圾在全球的分布情况

对这些“微塑料”的关注从2004年之后开始增加，那时英国普利茅斯大学研究海洋塑料的Richard Thompson首次提出“微塑料”一词（现在它常被用来指小于5 mm宽的塑料碎片）。他的团队在采集自英国的18个海滩及北海的浮游生物的大多数样本中都发现了微塑料。此后，使用该名词的论文数量急速上升，研究者们试图回答诸如“这些材料的毒性如何”、“它们在世界各地的分布如何”等问题。

海洋塑料到底有多少？

如果说调查海洋表面的塑料很费钱、很困难，那么调查海底的塑料更是如此：研究人员缺少来自从未被探索过的深海区域的样本。而且即使他们可以调查所有这些区域，样本的浓度通常太过稀释，以至于他们将不得不检测巨大体积的海水以获得可靠的结果。因此，他们被迫做出估计和推断。

在去年发表的一篇论文中，美国乔治亚大学（雅典）研究垃圾管理的Jenna Jambeck和他的团队估计了沿海国家和地区会产生多少塑料垃圾以及多少塑料会最终流入海洋中。该团队估计这个数字为每年480-1270万吨——大致相当于5000亿个塑料饮料瓶。但她的估计不包括那些丢失或倾倒在海洋中的塑料以及所有已经存在的塑料。

他们估计，在2014，海洋中漂浮的微塑料碎片数约为15-51万亿，总共重达9.3-23.6万吨。但这其中存在一个问题：Jambeck估计的这个表面塑料的数字仅仅是每年进入海洋中的塑料的一小部分，那么剩下的大部分在哪里呢？“那才是最大的问题所在，”Jambeck说，“那可是个棘手的问题。”

研究人员正在试图寻找答案。Jambeck现在正在使用一个叫做“海洋垃圾追踪器”的手机APP来收集使用者们上传的他们所碰见的垃圾的大量数据。她目前还加入了联合国环境规划署的一个项目，以建立一个全球海洋垃圾的数据库。

图4 渔具及其他不同类型的塑料垃圾的占比情况

海洋塑料到底在哪？

目前进入海洋里面的塑料的估计总量与实际的量存在不匹配现象，研究人员称之为“失踪的塑料”。更令人不解的是，近几年随着全球材料产量的飙升，来自某些海洋区域的塑料浓度数据并没有太大的增幅。

公众的注意力都集中在了“太平洋垃圾带”这个地方，这得益洋对垃圾的收集作用。但“太平洋垃圾带”这个名字是名不副实的，因为游客并不能发现堆积于海上的垃圾。来自2001年的一篇文章报道了在洋流中，平均每平方公里就有334,271 片塑料碎片。这是自记录以来太平洋塑料垃圾最多的一次，但仍旧符合大约每三公里一小块塑料的情况。

Sebille和他的同事通过模型计算认为，“太平洋垃圾带”、北大西洋两地的塑料垃圾浓度比其他地方都高出几个级别。但这只是调查中的数据，并不包括那些“失踪的塑料。”

其中的一些塑料可能在海底。某些类型的塑料可能一开始是漂浮在水面上的，但是后来被一些海洋生物覆盖，从而沉入海底。汤姆森的研究结果表明：深海海底可能隐藏着百万吨人类未知的塑料碎片。在海洋最深处的塑料垃圾堆里，也经常能发现遥控汽车等塑料产品。

很大一部分海洋塑料被终止于海岸线上，而其他的塑料还未被发现。2014年，汤姆森与其他研究者共同撰写的一篇论文显示：积累在北冰洋的微塑料比漂浮于海面上的塑料甚至大了几个级别。“我们一直在猜测‘失踪的塑料’到底去哪了？但是至今我们都无法回答。” Law说道。

汤姆森和其他研究人员正在努力寻找纳米级的塑料（尺寸一般小于100 nm）。汤姆森说：“现在正在制造大量纳米级的塑料，因此它们也极有可能成为环境中的垃圾。但纳米级的塑料很难被研究。研究人员通常使用一些光谱来证实从海上回收的碎片是否由塑料制成的，但这种方法在碎片小于10 μm时就很难测定出结果了。汤姆森希望更多地对英国政府资助的“RealRiskNano”项目进行了解，该项目着眼于寻找资源和方法处理环境中的这些微小碎片。“我并不惊讶这样的一个机构的存在，但其当前还未达到监测环境样品的水平。

海洋塑料存在什么危害？

研究人员知道，海洋塑料会危害海洋生物。被称为“幽灵”的捕鱼工具已经杀害了从海龟、海豹到鸟类的数百种动物。许多生物会生吞塑料件，而塑料则会在它们的消化系统堆积。根据一组经常引用的数据，在北海，百分之九十被冲上海岸的海鸟（鹱）尸体的肠子里面都发现了塑料的存在。但尚不清楚的是，这种污染是否会对人类造成重大影响。

实验室的研究已经证明了微塑料的毒性，但通常的浓度比海洋中发现的塑料浓度高的多。今年二月，法国国家海洋研究所的Arnaud Huvet发表了其论文，将太平洋牡蛎暴露在与牡蛎生长条件相当的环境中，发现在含有塑料的水环境中，动物所产生的精子或卵子的质量都较差，而且数量也比没有塑料的水环境减少了41%。这是首次报道出塑料与生育问题之间的直接联系。“这次的研究结果引起了巨大的反响。”Sebille说道。

鱼类生态学家Oona Lönnstedt 和Peter Eklöv在今年六月进行了一次研究，他们将鲈鱼幼虫置放在“环境相关”的微塑料浓度中。幼虫似乎喜欢塑料胜过了实际的食物，这使得它们生长地更为缓慢并且不能够对天敌的气味做出反应。将鲈鱼幼虫放入装有其天敌的一个试验箱中，24小时后，生活在含有塑料的箱子中，幼虫存活率为34%，而没有塑料的箱子中，幼虫存活率为46%。

瑞典乌普萨拉大学的Lönnstedt研究发现，在透明的幼虫体内，能够清楚地看到塑料小球的存在。这使她感到不安。Lönnstedt说：“这实在是太可怕了，那些认为海洋中的塑料不会成为一个问题的人应该重新审视它。”

但一些科学家质疑这一研究的影响。来自英国东安格利亚大学的Alastair Grant生态学家说道：“塑料的分级给Lönnstedt的论文带来了不利的影响。每升水含有10-80粒塑料仍旧比绝大多数的实测数据水平高出几个数量级。大多数的报告中每一升的水中不到一个粒子。这些证据说明，目前来说微塑料的浓度还是在安全环境范围之内。”

我们应该做些什么？

尽管缺乏海洋塑料的全面数据，但研究人员一致认为人类应该立即采取行动，而不是等待获取更多的数据。那么问题来了，我们应该做些什么呢？

“The Ocean Cleanup”作为一个非营利的组织，正在进行一个非常有争议的项目。他们希望在2020年之前能够在太平洋垃圾带部署一条长达100公里的浮动屏障，将垃圾带的垃圾减少一半。

但是该项目遭到了研究人员的怀疑。他们说洋流中的塑料非常少，很难用浮动屏障搜集起来，而且他们非常担心此屏障会干扰鱼类以及浮游动物的正常生长。“The Ocean Cleanup”的首席执行官Boyan Slat非常接受来自各界的批评，但是他说屏障项目还处于早期阶段，目前已在荷兰海岸部署了该项目。“我们目前正在利用该项目进行测试，用以调查是否有任何的负面影响。唯一的办法就是实施行动。”他说。

在今年年初的一篇论文中，Sebille和他的同事Peter Sherman表示在塑料污染的源头——中国和印尼的海岸线安装清理设备对于治理海洋塑料污染将会非常有效。“近水楼台先得月。我们必须在处理厂、垃圾填埋场就将其处理好。” Eriksen将其比喻为解决空气污染问题，那时人们早就意识到过滤空气不是一个长期的解决方案，过滤海洋同样令人难以置信。“减少塑料使用，提高废品管理和材料回收，要从根本上杜绝塑料进入海洋而造成污染。” Eriksen说道。

这个要求非常苛刻，因为要考虑无处不在的塑料。但一些科学家仍在想象塑料污染已经得到有效控制的一个世界。根据Law和Jan van Franeker的研究，某些类型的漂浮塑料可能在数年内消失，Kamilo海滩甚至会回到其未受污染的状态。

但是，塑料会以细小颗粒层的形式嵌在海底沉积物中，并留下它们的痕迹。但是随着时间的推移，这种塑料会成为水泥而进入地球内部。“未来，地壳中将会有一层塑料形成的岩石，这将是塑料时代的遗产。” Eriksen说道。

本文主要译自Nature官网8月18日刊发的聚焦海洋塑料的一期新闻特写。文献链接：Bottles, bags, ropes and toothbrushes: the struggle to track ocean plastics（Nature, 2016, DOI: 10.1038/536263a）

本文由材料人编辑部高分子组Sea、xiiluu供稿，材料牛编辑整理。

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