Naukowcy odkryli, jak mikroplastik zanieczyszcza środowisko

Mikroplastik można wykryć prawie wszędzie, nawet na Antarktydzie - przypominają naukowcy z Princeton University. Sposób, w jaki te cząstki wędrują w różnych środowiskach był jednak słabo poznany.

Autorzy pracy opublikowanej w piśmie „Science Advances” rzucają nowe światło na ten problem, który ma istotne znaczenie m.in. dla ochrony żywności i wody.

Badacze odkryli, że cząstki mikroplastiku początkowo zostają uwięzione, gdy znajda się w porowatym materiale, np. w glebie czy osadach. Jednak potem zwykle się uwalniają i pokonują duże odległości. To przeczy wcześniejszej teorii, według której uwięzione cząstki miałyby pozostawać na miejscu.

Niewielkich rozmiarów cząsteczki mogą być przenoszone przez ciecz, czyli np. wodę, która z odpowiednią siłą przepływa w otoczeniu. Ich wędrówka ma przy tym cykliczny charakter, z naprzemiennym powstawaniem i rozpadaniem się skupisk, tworzących zatory.

„Nie tylko odkryliśmy tę ciekawą dynamikę cząstek, które zostają uwięzione, łączą się w zgrupowania, a potem są dalej przepychane. Okazuje się, że ten proces pozwala cząstkom się rozprzestrzeniać na dużo większych dystansach, niż by się wydawało” - mówi autor badania prof. Sujit Datta.

Naukowcy przetestowali dwa rodzaje cząstek, które określili jako lepkie i nielepkie, które odpowiadają właściwościami plastikom obecnym w środowisku.

Co zaskakujące, podobny proces dotyczył obu typów cząstek. Różnica była tylko taka, że nielepkie cząstki zatykały na jakiś czas tylko wąskie pory, podczas gdy lepkie mogły zostać uwięzione także w większych przestrzeniach. To wskazuje, że nawet lepkie cząstki mogą wędrować na duże odległości.

Aby sprawdzić, co w środowisku dzieje się z plastikiem, badacze wytworzyli fluorescencyjne cząstki z polistyrenu. Przepuszczali je następnie przez specjalnie do tego opracowany porowaty, przezroczysty materiał, który strukturą przypominał glebę, osady, czy warstwy wodonośne w ziemi.

Porowate struktury zwykle są nieprzezroczyste - tłumaczą naukowcy. Kluczem do sukcesu było więc stworzenie odpowiedniego materiału.

„Datta i jego koledzy otworzyli czarną skrzynkę” - badanie skomentował niezwiązany z pracami prof. Philippe Coussot z Ecole des Ponts Paris Tech, ekspert w dziedzinie nauk o cieczach. Badacz określił prace jako „niezwykłe podejście eksperymentalne”.

„Wymyśliliśmy różne tricki, aby nasze medium uczynić przezroczystym. Potem, korzystając z fluorescencyjnych nanocząstek, mogliśmy pod mikroskopem - w czasie rzeczywistym - podglądać ich dynamikę. Przydatne było to, że mogliśmy oglądać zachowanie pojedynczych cząstek w różnych warunkach” - opowiada prof. Datta.

Dzięki tym badaniom naukowcy chcą stworzyć wielkoskalowe modele, które pozwolą przewidywać skalę zanieczyszczenia w różnych lokalizacjach. Modele mają uwzględniać różne cząstki, środowiska i warunki takie jak opady czy irygacja. Pozwoli to m.in. na ocenę ryzyka dotarcia plastiku do upraw, rzek czy warstw wodonośnych. Badania pozwolą też sprawdzać, jak obecny w glebie plastik wpływa na jej nawodnienie.

Co więcej zastosowane podejście może okazać się przydatne w pracach z różnych dziedzin - np. w badaniu przenikania przez różne materiały wirusów i bakterii, pracach nad cząstkami oczyszczającymi środowisko z toksycznych wycieków, filtrami czy nad dostarczaniem leków do organizmu.

Więcej informacji na tych stronach:

https://engineering.princeton.edu/news/2020/11/13/plastic-pollution-everywhere-study-reveals-how-it-travels

https://advances.sciencemag.org/content/6/46/eabc2530 (PAP)

mat/