Nature新聞特寫 直擊海洋塑料

引語：塑料是我們日常生活中最常見的材料之一，然而我們所消耗的每一片塑料，都有可能流入大海！從北極到南極，從地表到地下沉積物，在科學家們所能觀察到的每一處海域中都能發現塑料的蹤跡。據報道稱，太平洋上的海洋垃圾已達300多萬平方公里，超過了印度的國土面積，在太平洋上已形成了一個面積達70萬平方公里、大約德克薩斯州那麼大、以塑料為主的「海洋垃圾帶」。海洋塑料垃圾讓人觸目驚心，不斷危害著海洋生物，污染著海洋資源，最終又「回饋」給人類。科學家研究稱，每年被丟入海洋中的塑料垃圾接近500萬噸，其中一些塑料顆粒甚至已經污染到食用的海鹽。那麼海洋塑料究竟從何而來？到底有多少？在哪裡？存在什麼危害？還有我們應該做些什麼呢？——這些都是值得人類探討的問題。Nature官網最近聚焦海洋塑料，或許能給我們帶來一些啟示。

Kamilo海灘，在夏威夷島的末端，是一個偏遠的熱帶海岸。那裡有白色的沙子、強勁的波浪、而且沒有馬路直達。事實上，它本該有著一個田園詩般的熱帶海灘所擁有的一切。然而，一個不可迴避的問題是：它經常鋪滿了塑料！

由於洋流和漩渦，瓶子、漁網、繩索、鞋子和牙刷等成千上萬噸垃圾被衝到了這裡。2011年的一項研究公布，這裡的頂層沙中的塑料重量高達30%。Kamilo海灘已被稱為世界上最髒的海灘，它也令人震驚地直觀展示出人類已經向海洋中傾倒了多少塑料垃圾。

從北極到南極，從地表到地下沉積物，在科學家們所看到的每一處海洋環境中，他們都發現了塑料。人類產生的其他垃圾腐爛或鏽蝕消失，但塑料可以存在很多年，殺害動物、污染環境、破壞海岸線。據相關統計，海洋垃圾中50-80%都是塑料。「是有一些地方你沒有發現塑料，」 Kara Lavender Law，馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋教育協會的一位海洋學家說道，「但在不同的海洋水庫中，我們全部都發現了塑料。我們知道這很普遍。」

報紙上曾報道過「大太平洋垃圾帶」的故事，這是太平洋中部的一個塑料顆粒聚集區，來自世界各地的志願者們加入了海灘清理工作。然而，在許多方面，研究滯後於公眾關注。科學家們仍在努力回答最基本的問題：海洋中有多少塑料？在哪裡？以什麼樣的形式？有什麼樣的危害？這是因為海洋科學研究是艱難、昂貴和費時的。要想在廣闊的海洋中全面調查研究微小甚至微觀的塑料碎片十分困難，並且也很少有研究人員將此作為他們的工作。

但是現在，興趣正在回升。「過去四年中的出版物比過去四十年還要多，」加利福尼亞州聖莫尼卡5 Gyres研究所——致力於與塑料污染作鬥爭——的聯合創始人兼研究部主任Marcus Eriksen說道。科學家和環保主義者們知道還有很多事情要做。去年5月，聯合國環境規劃署（UNEP）在內羅畢會議上通過的一項決議指出「海洋環境中塑料廢棄物和塑料微粒的存在是日益嚴重的全球性問題，需要全球的緊急應對」。

海洋塑料從何而來？

2014年，在夏威夷西北海岸附近的美國海洋公園Papahānaumokuākea，一個團隊從該保護區中除去了一個重達11.5噸的大漁網——相當於倫敦的一輛公共汽車。被丟失或丟棄在海上的漁網和其他捕魚設備被認為構成了海洋塑料的很大一部分。聯合國環境規劃署（UNEP）的一項統計表明這些「幽靈」漁具佔到所有海洋垃圾的10%，大約64萬噸。

然而事實遠不止這些。全球塑料製品的產量每年都在增長，現在已經達到3億噸左右，而且很大一部分最終都會進入海洋中。塑料垃圾被人們扔在海灘上，塑料袋被風吹進大海。大量的塑料被倒入垃圾填埋場後，如果垃圾傾倒點沒有得到妥善管理，很容易被沖走或吹走。另外一些來源並不那麼明顯：當輪胎磨損後，它們會在道路上留下微小的碎片，滲入排水溝進而進入海洋。

在2014的一篇論文中，Eriksen和他的團隊分析了一系列來自世界各地的海洋塑料考察數據，他們估計重量佔比87%的漂浮塑料的尺寸大於4.75毫米。其中包括浮標、線、網、桶、瓶、袋（如下圖所示）。但當碎片被計數而不是稱重時，大塑料佔了總數的7%。許多塑料物品在陽光的照射和海浪的衝擊下分解，直到最終達到微觀尺寸，其他塑料從一開始就很小，如臉部磨砂膏及替他化妝品中加入的「微球」等，併流入海洋之中。

圖3 不同尺寸的塑料垃圾在全球的分布情況

對這些「微塑料」的關注從2004年之後開始增加，那時英國普利茅斯大學研究海洋塑料的Richard Thompson首次提出「微塑料」一詞（現在它常被用來指小於5 mm寬的塑料碎片）。他的團隊在採集自英國的18個海灘及北海的浮游生物的大多數樣本中都發現了微塑料。此後，使用該名詞的論文數量急速上升，研究者們試圖回答諸如「這些材料的毒性如何」、「它們在世界各地的分布如何」等問題。

海洋塑料到底有多少？

如果說調查海洋表面的塑料很費錢、很困難，那麼調查海底的塑料更是如此：研究人員缺少來自從未被探索過的深海區域的樣本。而且即使他們可以調查所有這些區域，樣本的濃度通常太過稀釋，以至於他們將不得不檢測巨大體積的海水以獲得可靠的結果。因此，他們被迫做出估計和推斷。

在去年發表的一篇論文中，美國喬治亞大學（雅典）研究垃圾管理的Jenna Jambeck和他的團隊估計了沿海國家和地區會產生多少塑料垃圾以及多少塑料會最終流入海洋中。該團隊估計這個數字為每年480-1270萬噸——大致相當於5000億個塑料飲料瓶。但她的估計不包括那些丟失或傾倒在海洋中的塑料以及所有已經存在的塑料。

他們估計，在2014，海洋中漂浮的微塑料碎片數約為15-51萬億，總共重達9.3-23.6萬噸。但這其中存在一個問題：Jambeck估計的這個表面塑料的數字僅僅是每年進入海洋中的塑料的一小部分，那麼剩下的大部分在哪裡呢？「那才是最大的問題所在，」Jambeck說，「那可是個棘手的問題。」

研究人員正在試圖尋找答案。Jambeck現在正在使用一個叫做「海洋垃圾追蹤器」的手機APP來收集使用者們上傳的他們所碰見的垃圾的大量數據。她目前還加入了聯合國環境規劃署的一個項目，以建立一個全球海洋垃圾的資料庫。

圖4 漁具及其他不同類型的塑料垃圾的佔比情況

海洋塑料到底在哪？

目前進入海洋裡面的塑料的估計總量與實際的量存在不匹配現象，研究人員稱之為「失蹤的塑料」。更令人不解的是，近幾年隨著全球材料產量的飆升，來自某些海洋區域的塑料濃度數據並沒有太大的增幅。

公眾的注意力都集中在了「太平洋垃圾帶」這個地方，這得益洋對垃圾的收集作用。但「太平洋垃圾帶」這個名字是名不副實的，因為遊客並不能發現堆積於海上的垃圾。來自2001年的一篇文章報道了在洋流中，平均每平方公里就有334,271 片塑料碎片。這是自記錄以來太平洋塑料垃圾最多的一次，但仍舊符合大約每三公里一小塊塑料的情況。

Sebille和他的同事通過模型計算認為，「太平洋垃圾帶」、北大西洋兩地的塑料垃圾濃度比其他地方都高出幾個級別。但這只是調查中的數據，並不包括那些「失蹤的塑料。」

其中的一些塑料可能在海底。某些類型的塑料可能一開始是漂浮在水面上的，但是後來被一些海洋生物覆蓋，從而沉入海底。湯姆森的研究結果表明：深海海底可能隱藏著百萬噸人類未知的塑料碎片。在海洋最深處的塑料垃圾堆里，也經常能發現遙控汽車等塑料產品。

很大一部分海洋塑料被終止於海岸線上，而其他的塑料還未被發現。2014年，湯姆森與其他研究者共同撰寫的一篇論文顯示：積累在北冰洋的微塑料比漂浮於海面上的塑料甚至大了幾個級別。「我們一直在猜測『失蹤的塑料』到底去哪了？但是至今我們都無法回答。」 Law說道。

湯姆森和其他研究人員正在努力尋找納米級的塑料（尺寸一般小於100 nm）。湯姆森說：「現在正在製造大量納米級的塑料，因此它們也極有可能成為環境中的垃圾。但納米級的塑料很難被研究。研究人員通常使用一些光譜來證實從海上回收的碎片是否由塑料製成的，但這種方法在碎片小於10 μm時就很難測定出結果了。湯姆森希望更多地對英國政府資助的「RealRiskNano」項目進行了解，該項目著眼於尋找資源和方法處理環境中的這些微小碎片。「我並不驚訝這樣的一個機構的存在，但其當前還未達到監測環境樣品的水平。

海洋塑料存在什麼危害？

研究人員知道，海洋塑料會危害海洋生物。被稱為「幽靈」的捕魚工具已經殺害了從海龜、海豹到鳥類的數百種動物。許多生物會生吞塑料件，而塑料則會在它們的消化系統堆積。根據一組經常引用的數據，在北海，百分之九十被衝上海岸的海鳥（鸌）屍體的腸子裡面都發現了塑料的存在。但尚不清楚的是，這種污染是否會對人類造成重大影響。

實驗室的研究已經證明了微塑料的毒性，但通常的濃度比海洋中發現的塑料濃度高的多。今年二月，法國國家海洋研究所的Arnaud Huvet發表了其論文，將太平洋牡蠣暴露在與牡蠣生長條件相當的環境中，發現在含有塑料的水環境中，動物所產生的精子或卵子的質量都較差，而且數量也比沒有塑料的水環境減少了41%。這是首次報道出塑料與生育問題之間的直接聯繫。「這次的研究結果引起了巨大的反響。」Sebille說道。

魚類生態學家Oona L?nnstedt 和Peter Ekl?v在今年六月進行了一次研究，他們將鱸魚幼蟲置放在「環境相關」的微塑料濃度中。幼蟲似乎喜歡塑料勝過了實際的食物，這使得它們生長地更為緩慢並且不能夠對天敵的氣味做出反應。將鱸魚幼蟲放入裝有其天敵的一個試驗箱中，24小時後，生活在含有塑料的箱子中，幼蟲存活率為34%，而沒有塑料的箱子中，幼蟲存活率為46%。

瑞典烏普薩拉大學的L?nnstedt研究發現，在透明的幼蟲體內，能夠清楚地看到塑料小球的存在。這使她感到不安。L?nnstedt說：「這實在是太可怕了，那些認為海洋中的塑料不會成為一個問題的人應該重新審視它。」

但一些科學家質疑這一研究的影響。來自英國東安格利亞大學的Alastair Grant生態學家說道：「塑料的分級給L?nnstedt的論文帶來了不利的影響。每升水含有10-80粒塑料仍舊比絕大多數的實測數據水平高出幾個數量級。大多數的報告中每一升的水中不到一個粒子。這些證據說明，目前來說微塑料的濃度還是在安全環境範圍之內。」

我們應該做些什麼？

儘管缺乏海洋塑料的全面數據，但研究人員一致認為人類應該立即採取行動，而不是等待獲取更多的數據。那麼問題來了，我們應該做些什麼呢？

「The Ocean Cleanup」作為一個非營利的組織，正在進行一個非常有爭議的項目。他們希望在2020年之前能夠在太平洋垃圾帶部署一條長達100公里的浮動屏障，將垃圾帶的垃圾減少一半。

但是該項目遭到了研究人員的懷疑。他們說洋流中的塑料非常少，很難用浮動屏障搜集起來，而且他們非常擔心此屏障會干擾魚類以及浮遊動物的正常生長。「The Ocean Cleanup」的首席執行官Boyan Slat非常接受來自各界的批評，但是他說屏障項目還處於早期階段，目前已在荷蘭海岸部署了該項目。「我們目前正在利用該項目進行測試，用以調查是否有任何的負面影響。唯一的辦法就是實施行動。」他說。

在今年年初的一篇論文中，Sebille和他的同事Peter Sherman表示在塑料污染的源頭——中國和印尼的海岸線安裝清理設備對於治理海洋塑料污染將會非常有效。「近水樓台先得月。我們必須在處理廠、垃圾填埋場就將其處理好。」 Eriksen將其比喻為解決空氣污染問題，那時人們早就意識到過濾空氣不是一個長期的解決方案，過濾海洋同樣令人難以置信。「減少塑料使用，提高廢品管理和材料回收，要從根本上杜絕塑料進入海洋而造成污染。」 Eriksen說道。

這個要求非常苛刻，因為要考慮無處不在的塑料。但一些科學家仍在想像塑料污染已經得到有效控制的一個世界。根據Law和Jan van Franeker的研究，某些類型的漂浮塑料可能在數年內消失，Kamilo海灘甚至會回到其未受污染的狀態。

但是，塑料會以細小顆粒層的形式嵌在海底沉積物中，並留下它們的痕迹。但是隨著時間的推移，這種塑料會成為水泥而進入地球內部。「未來，地殼中將會有一層塑料形成的岩石，這將是塑料時代的遺產。」 Eriksen說道。

本文主要譯自Nature官網8月18日刊發的聚焦海洋塑料的一期新聞特寫。文獻鏈接：Bottles, bags, ropes and toothbrushes: the struggle to track ocean plastics（Nature, 2016, DOI: 10.1038/536263a）

本文由材料人編輯部高分子組Sea、xiiluu供稿，材料牛編輯整理。

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