《科學》:深海“垃圾帶”每平方米就有190萬個微塑料，主要集中在600-900米深處

微塑料遍佈全球海底，但控制其在深海中的擴散和集中的過程仍然未知。失蹤的99%海洋塑料可能抵達深海，它們遵循怎樣的模式漂流到了哪兒?

近日發表在《科學》上的一項研究表明熱鹽酸鹽驅動的電流可以建立大量的海底沉積物積聚，可以控制微塑料的分佈，併產生每平方米190萬個微塑料的“熱點”。這是全球所有海底環境中報告的最高值。

先前的研究表明，微塑料是通過表面堆積的垂直沉降而被運輸到海底的。而最新研究證明，微塑料的空間分佈和最終“落腳點”受到近牀熱鹽電流(底部電流)的強烈控制。

已知這些電流會為深海底棲生物提供氧氣和營養，這表明深海生物多樣性“熱點”也可能是微塑性的“熱點”。

在地球上幾乎所有環境以及整個海洋中，都觀察到了塑料污染。塑料污染對海洋生態系統的影響及其對人類健康的影響日益引起人們的關注，因為每年有超過1000萬噸的塑料進入全球海洋。

海洋迴旋中的收斂表面流是造成塑料在海洋表面上的全球分佈的原因。這些環流將正浮力的塑料有效地集中到了現在臭名昭著的“垃圾補丁”中。

但其實，海表堆積量僅約佔全球海洋塑料預算估算的1%。大部分消失在我們視野之中的99%的塑料最終都藏在深海中。海洋塑料預算中相當大的一部分(估計為13.5%)是作為微塑料(＜1 mm的碎片和纖維)而產生的，它們是人造纖維或源自較大塑料碎片的裂片顆粒，被稱為“海中PM2.5”。研究表明，較大的塑料碎片可能與地中海中密集的向下峽谷流動有關。

海底已經成為全球重要的“塑料水槽”。然而，對微塑料分佈的物理控制以及它們沉積在海底的聚合效果仍然不清楚。由於它們的體積小，微生物可以在所有營養級別攝取這些塑料，從而可以轉移有害的有毒物質。

因此，確定微塑料在何處累積以及可用於將其納入食物鏈，對於理解對全球重要的深海海底生態系統構成的威脅至關重要。

由英國曼徹斯特大學、英國國家海洋學中心、德國不來梅大學、法國IFREMER大學和英國杜倫大學的研究人員利用從第勒尼安海(意大利西海岸外)取樣的高分辨率沉積物數據以及數字模型，終於弄清了失蹤的99%海洋塑料(微小的塑料碎片和纖維)的位置和含量。

圖1影響第勒尼安海的塑性源和海洋環流。(A)研究區在第勒尼安海的位置，並註明已知的陸地(〜80%)和海洋(捕魚和運輸;〜20%)塑料來源。(B)以紅色多邊形和星號表示的有記錄的輪廓線沉積系統(29)的全球分佈。 (C)北第勒尼安海海底測深，標註有已記錄的陸地塑料輸入源，命名為地貌特徵。(D)中多通道地震線的位置，該線説明了由底流形成的沉積特徵。

結果發現，海底洋流可控制這些“微塑料”的流動，它們可將微塑料攜帶至海底峽谷，隨後通過“底層水流”在海底運輸，最終將這些細顆粒沉積下來從而堆積大量沉積物。研究人員將這些沉積物稱之為“微塑料熱點地區”。這些熱點地區似乎是深海的“垃圾帶”。

深海底的微塑料優先集中在不同的生理環境中，而不是對應於覆蓋在上面的表面垃圾的程度。海底峽谷和深海海溝是偶發性但強大的重力流的焦點，似乎是微塑性熱點(圖2A)。這種生理學上的偏倚表明，微塑料向深海底的遷移並不能僅通過從地表旋渦的垂直沉降來解釋。

以與地表水分散和濃縮微塑料相同的方式，深海流可能扮演相似的角色，但是缺乏背景數據(如測深、海洋學和沉積學)阻礙了物理聯繫。

作用於海底的熱鹽電流是深海運輸細顆粒物並在我們的星球上建立一些最大的沉積物堆積的最重要過程之一，但是它們在隔離微塑料中的作用仍然未知。

經光學顯微鏡和傅立葉變換紅外(FTIR)光譜驗證(圖S2)，發現所有海底樣品均含有微塑料(圖3B和表S1)。微塑料主要由纖維(70%-100%)組成，碎片較少(0%-30%)(圖2，B和C)。第勒尼安海中的微塑性濃度包括深海底記錄的最高值(圖2A):每50克幹沉積物中最多有182根纖維和9個碎片(每6克中每50克有191個碎片，相當於1.9)在撒丁島NE大陸斜坡底部的異形體漂移中記錄到了100萬片/ ㎡(圖3，B和C)。這種濃度超過了先前記錄的最高水平，包括來自深海海溝的濃度，是海底峽谷記錄的兩倍(圖2A)。當地球大多數大陸邊緣都發生輪廓沸石漂移時(圖1B)，此處記錄的高濃度強烈表明它們是全球微塑料的重要儲存庫。

在此次研究涵蓋的區域中，微塑料濃度與距地面塑料源的距離之間沒有關係(圖2B)。來自大陸架的樣品(43根纖維，3個碎片;9號芯)和上坡(10根纖維和1個碎片; 11號芯)的樣品在研究區域中的濃度最低。

相反，研究發現——微塑料集中在600m-900m的水深範圍內，其中底流形成海底迴旋並與海底相互作用最大(圖2C)。

這些水流和複雜的地形起伏的影響(圖2E)導致施加在海底的切應力的空間變化，這是通過流體動力學模型確定的(圖3B)。剪切應力的這些變化解釋了微塑性顆粒的局部海底分佈，其密度通常比粉砂和成砂礦物低，因此更容易被夾帶，這説明了某些生理學領域中微塑性的消耗水平和內部的濃度(圖2D和3C)。

來自英國杜倫大學的研究人員——弗洛裏安·波爾博士説:“很不幸，微塑料已經成為一種新型的沉積物顆粒，它與沙子、泥土和營養物質一起分佈在海底。“”

在輪廓平行的護城河中發現了最低濃度的微塑料，它們是侵蝕和/或非沉積的焦點(例如，芯16中每50克27條纖維和2條碎片;圖3C)。較高的濃度發生在相鄰的堆積的漂移區(例如79根纖維，1個片段;芯8)以及其他堆積的漂移累積區(例如102根纖維，7個片段，芯2;圖3，B和C)。

對於丘陵狀的凹凸不平的漂流尤其如此，相對於大陸坡的其餘部分而言，它們通常是沉積物堆積極高的部位。

圖5 底流控制着微塑料的深海命運。示意圖説明了近海牀洋流在深海中微塑料的轉移、聚集和儲存中的作用。沿高坡流分散的微塑料，強大的重力流有效地將微塑料沖洗到深海，而熱鹽驅動的底流將微塑料隔離到局部的高濃度熱點中。 它們長期隔離的有效性取決於隨後的海底電流活動的強度和埋葬率。

研究人員發現，海底洋流產生的微塑料熱點地帶的微塑料含量也高的可怕:最多可達每平方米190萬個微塑料，達到有史以來全球海底環境中報告的最高水平。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

參考來源:https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/29/science.aba5899