Studie pomáhá identifikovat oblasti s největším nahromaděním mikroplastů

Nahromadění mikroplastů v životním prostředí i v našich tělech je stále znepokojivějším problémem. Předpovídat, kde se tyto všudypřítomné částice budou hromadit a kde by se proto měly soustředit sanační úsilí, je však obtížné kvůli mnoha faktorům, které ovlivňují jejich šíření a ukládání.

Nový výzkum MIT ukazuje, že jedním z klíčových faktorů určujících, kde se mikročástice pravděpodobně nahromadí, je přítomnost biofilmů. Tyto tenké, lepkavé vrstvy biopolymerů vylučují mikroorganismy a mohou se hromadit na površích, včetně písčitých říčních koryt nebo pobřeží. Studie zjistila, že za stejných podmínek se mikročástice s menší pravděpodobností hromadí v sedimentu protknutém biofilmy, protože pokud se tam usadí, je pravděpodobnější, že je proudící voda znovu zvedne a odnese.

Výsledky, zveřejněné v časopise Geophysical Research Letters v článku postdoktorandky MIT Hyoungchul Park a profesorky stavebního a environmentálního inženýrství Heidi Nepf, jsou volně přístupné. „Mikroplasty jsou rozhodně v médiích velmi zmiňované,“ říká Nepf, „a my plně nerozumíme tomu, kde se pravděpodobně nacházejí místa s největším nahromaděním. Tato práce dává malou nápovědu“ ohledně některých faktorů, které mohou způsobit, že se tyto částice a malé částice obecně hromadí na určitých místech.

Většina experimentů zkoumajících způsoby přenosu a ukládání mikročástic se prováděla na holém písku, říká Park. „Ale v přírodě je mnoho mikroorganismů, jako jsou bakterie, houby a řasy, a když se přichytí na dno toku, vytvářejí lepkavé látky.“ Tyto látky jsou známé jako extracelulární polymerní látky, neboli EPS, a „mohou významně ovlivnit vlastnosti dna kanálu,“ říká. Nový výzkum se zaměřil na určení přesného způsobu, jakým tyto látky ovlivňují transport mikročástic, včetně mikroplastů.

Výzkum zahrnoval průtokový tank s dnem vystlaným jemným pískem a někdy s vertikálními plastovými trubkami simulujícími přítomnost kořenů mangrovů. V některých experimentech se dno skládalo z čistého písku, v jiných byl písek smíchán s biologickým materiálem simulujícím přirozené biofilmy, které se nacházejí v mnoha říčních korytech a pobřežních prostředích.

Voda smíchaná s malými plastovými částicemi byla do nádrže pumpována tři hodiny a poté byl povrch dna fotografován pod ultrafialovým světlem, které způsobilo fluorescenci plastových částic, což umožnilo kvantitativní měření jejich koncentrace.

Výsledky odhalily dva různé jevy, které ovlivnily, kolik plastu se nahromadilo na různých površích. Bezprostředně kolem tyčí, které zastupovaly nadzemní kořeny, turbulence bránila ukládání částic. Navíc s rostoucím množstvím simulovaných biofilmů v sedimentárním dně se také snižovala akumulace částic.

Nepf a Park dospěli k závěru, že biofilmy vyplňují prostory mezi zrny písku a nechávají méně místa pro mikročástice. Částice byly více vystaveny, protože pronikaly méně hluboko mezi zrna písku, a proto byly mnohem snadněji znovu zvednuty a odneseny proudící vodou.

„Tyto biologické filmy vyplňují póry mezi zrny sedimentu,“ vysvětluje Park, „a to způsobuje, že uložené částice – částice, které dopadnou na dno – jsou více vystaveny silám generovaným proudem, což usnadňuje jejich opětovné zvednutí. Zjistili jsme, že v kanálu se stejnými průtokovými podmínkami, stejnou vegetací a stejným písčitým dnem, pokud jeden nemá EPS a druhý ano, pak ten bez EPS má mnohem vyšší rychlost sedimentace než ten s EPS.“

Nepf dodává: „Biofilm zabraňuje hromadění plastů v dně, protože se nemohou dostat hluboko do dna. Zůstávají přímo na povrchu a poté jsou zvednuty a přemístěny jinam. Pokud bych tedy vysypala velké množství mikroplastů do dvou řek, a jedna by měla písčité nebo štěrkové dno a druhá bahnitější s více biofilmem, očekávala bych, že se v písčité nebo štěrkové řece udrží více mikroplastů.“

To vše je komplikováno dalšími faktory, jako je turbulence vody nebo drsnost dna, říká. Ale poskytuje „dobrý nástroj“ k poskytování návrhů lidem, kteří se snaží studovat dopady mikroplastů v terénu. „Snaží se určit, v jakých typech stanovišť se tyto plasty nacházejí, a to poskytuje rámec pro kategorizaci těchto stanovišť,“ říká. „Poskytuje vodítko, kam byste měli jít, abyste našli více plastů oproti méně.“

Park například navrhuje, že v mangrovových ekosystémech se mikroplasty mohou přednostně hromadit na vnějších okrajích, které mají tendenci být písčité, zatímco vnitrozemské zóny mají sediment s více biofilmem. Tato práce tak naznačuje, že „písčité vnější oblasti mohou být potenciálními místy s největším nahromaděním mikroplastů,“ říká, a mohou se stát prioritní zónou pro monitorování a ochranu.

„Toto je velmi relevantní zjištění,“ říká Isabella Schalko, vědecká pracovnice na ETH Zurich, která s tímto výzkumem nesouvisela. „Naznačuje, že opatření na obnovu, jako je zalesňování nebo podpora růstu biofilmů, by mohla pomoci zmírnit hromadění mikroplastů v vodních systémech. Zdůrazňuje silnou roli biologických a fyzikálních vlastností při formování procesů přenosu částic.“

Práce byla podpořena společností Shell International Exploration and Production prostřednictvím MIT Energy Initiative.