Science | 地球系统中的塑料（完）

回收再生第1媒体，第8622篇文章

共同抓住塑料回收再生黄金时刻！

近年来，随着全球化的塑料工业蓬勃发展，大规模生产和使用塑料制品同时产生了大量废弃塑料，塑料制品产量较高但是废塑料回收比例偏低，为了推动废塑料向资源化发展，各国出台了一系列政策规划推动塑料再生利用。我们正在面临着快速增长的全球化塑料污染问题，塑料的弊端已经显现。本月Science一口气连发9篇与塑料相关的一系列主题文章。他山之石可以攻玉，本期特刊小编带领大家继续浏览完《Plastics in the Earth system（地球系统中的塑料）》这篇综述文章，了解有何办法加快我们对地球系统中塑料的理解。

陆地上的塑料

大多数废弃的塑料被集中到垃圾填埋场和露天垃圾场。就像土壤、海洋沉积物或化石燃料储存中的天然有机碳在被开采前可以一直保持隔离状态一样，塑料也应该在精心设计的填埋场中保持隔离状态。然而，垃圾填埋场作为地球上塑料碳集中的热点场所，具有重要的探索研究意义；垃圾填埋场可以作为潜在的塑料消减和新兴岩土材料输出区域；可以研究生态系统中这种新兴岩土材料对生态和地貌的影响；垃圾填埋场可以打造为塑料生物降解的试验厂。管理不当的塑料泄漏和由污水衍生的肥料会进入土壤。土壤中的塑料仍然很不受约束，无法与任何土壤样品中的总有机碳进行衡量。为了获得近似数据，我们比较了土壤中塑料质量和在类似土壤中测得的有机碳。在瑞士的冲积平原土壤中，塑料的贡献约为0.1%~0.6%，而塑料可能在工业污染的土壤中占主要地位。在土壤的塑料碳可能导致土壤有机碳二次积累和放射性碳年龄的过高估计。土壤中的塑料可以改变土壤的聚集状态，较大的规模塑料聚集 可以改变土壤的演变方式，影响土壤的形成、稳定性和水文。混入塑料的土壤密度降低可促进植物生长，而塑料添加剂析出则可能对植物造成危害。因此，塑料对土壤碳负荷、土壤结构、水文和化学的影响可能会改变生物地球化学循环，包括初级生产和养分循环。这些影响的严重程度目前尚不清楚。

大气中的塑料

微塑料和纳米塑料遍布整个大气，包括我们呼吸的空气中。对50-5000微米大气颗粒的研究表明，塑料在这个范围的较小一端是含量最多的。

（地质材料的尺寸范围，包括塑料。无机材料包括碎石、砂、淤泥、泥浆和溶解的固体。有机碳在通常被定义为颗粒状或溶解状。塑料分为巨塑料、宏塑料、中塑料、微塑料和纳米塑料，再加上塑料降解的非塑料副产品。）

城市和工业污染源附近大气中的塑料累积量很高，但与天然粉尘相比，塑料的密度较低，便于其远距离迁移。沉积塑料的大小、形状和化学成分的空间分布，以及它们如何与大气条件共同变化，提供了对大气中塑料的分布和来源的深入了解。然而，目前的知识还不足以让塑料被纳入大气运输模型和化学模型。这类研究需要了解塑料在大气中如何存在及结局，以及塑料如何影响空气质量和大气热辐射。

内陆水域的塑料

陆地上的废塑料泄漏可以进入内陆水域，有直接投入水域塑料制品(如废弃的捕鱼设备)，有通过土壤、垃圾填埋场和使用中产生的塑料(如建筑物)的碎屑进入内陆水域。塑料一旦被水带走，当水流减慢时(如汇入水库)，塑料就会沉淀并积累在床层中，在水体中降解，或流入大海。关于河流出口的大量塑料含量的经验数据仍不够充足。然而，一项风险分析估计，每年有1.0到2.0 Tg（1012g）的塑料碳通过河流流入大海。这相当于全球河流颗粒有机碳(POC)通量的0.2 - 2.0%，但各河流的情况有所不同。例如，尽管亚马逊河承载塑料的负荷排名第七，但塑料在这条大河中所占的POC含量小于1%。相比之下，小型城市化河流(如Brantas河)可能会承载更多的塑料，而非生物POC。布兰塔斯流域的排水面积比亚马逊流域小500倍，但却排出大量塑料。水体中的塑料也可能改变河流中有机碳的通量、化学性质和放射性碳年龄。

海洋中的塑料

海洋中塑料的来源、存量和消耗不是很协调。来源包括河流、其他沿海输入、大气沉积和直接抛弃(例如，废弃物、漂浮物和遗弃物)。一项风险分析表明，2010年有4.0- 10.5 Tg的塑料碳进入海洋。约40%进入海洋的塑料预计会以聚合物形式下沉。在沿海和深海沉积物中已经发现了塑料聚集下沉的证据。然而，对海洋沉积物中塑料的全球估计并没有数据。另外60%进入海洋的塑料最初应该漂浮起来。漂浮的塑料通常在海洋的0-10厘米到0-100厘米的上部，使用拖网可捕获大于300毫米的塑料颗粒。估计表面塑料的总库存为0.07至0.20 Tg-C。根据投入和存量的估计，每年进入海洋的塑料中，只有不到10%是漂浮在海上的。这种差距可能是由于高估了投入量；或对漂浮塑料的低估(只对海洋上层采样，主要收集微塑料)；或由于光降解、海岸线沉积、海洋生物的消耗，以及由于POC聚集、粪粒排出或生物污染而下沉的影响，海面上漂浮的塑料产生了损失。与海洋表面塑料取样相比，海洋POC通常在水深>1 m处采样，先过滤去除浮游动物(>202微米)，然后再通过亚微米过滤器过滤收集POC。采用这些不同的方法，我们比较了亚热带环流表层水中的塑料和POC浓度，海洋物理学推动了塑料的堆积。在北太平洋亚热带环流中，从水体上部15厘米处采样的500- 5000微米微塑料浓度为0.03-34kg/km2，相当于每立方米体积碳浓度为0.1-21.9μg-C/L(平均4.7微克C/升)。阿罗哈站北太平洋5 m深度POC浓度平均为26±7 μg-C/L。假设微塑料和POC作为不同的组分进行采样，微塑料碳可能占北太平洋亚热带环流表层总颗粒无生命有机碳的0.1-57%(平均为15%)。这个范围内的变化说明了海洋碎片的分布，而上面的估计和平均值表明了塑料碳在海洋表面的潜在重要性。海水中的大量塑料可能影响全球大洋的生态功能和生物地球化学功能，对海洋边界层、表层海洋生态和海洋生物地球化学具有潜在影响。

结语

对地球上塑料累积来说目前工业焚烧是相对可行处理方案，环境老化也将塑料碳转化为非塑料碳(例如，气体和非聚合有机物)。然而，由于缺乏关于塑料分布和反应性的基本信息，无法对环境过程中净塑料去除量进行可靠的估计。要确定对全球塑料循环的定量数据，需要地球系统每个单元中不同聚合物的生产、通量和转化的数据。为了促成这一点，塑料的收集和分析应该跨系统实行标准化，同时报告聚合物类型和颗粒大小等塑料参数。必须通过对每种环境中降解情况的定量研究来加强对塑料分布的可靠分析。

关于塑料分布的经验数据很少。模型仅预测了全球塑料循环中某些项的通量和分布。现有的关于地质材料的知识可以用来预测其他系统中塑料含量。通过建模或查阅地球科学文献，可以通过设计野外采样工作来测试和校正模型，预测或关注塑料循环和影响的关键点。在这篇综述中，我们强调了垃圾填埋场和垃圾场，大气污染的区域和水体沉积、城市河流和海面是塑料堆积、迁移、降解和生物地球化学影响的潜在重要场所。

1950 年代，核武器试验使大气中含有放射性碳。这个试验结果混淆了天然放射性碳信号，使1950 年后OC的放射性碳年龄变得复杂。然而，核试验也代表了一种新的、时间明确的示踪剂，有助于重新计算海洋环流和OC循环的各个方面数据。今天，在有机碳研究中加入明确的塑料分析可以确保有机碳的浓度、年龄和化学成分得到正确的解释，特别是在富含塑料的系统中。然而，塑料作为具有独特物理和化学特性的地质材料本身也可以进行示踪实验，以检验我们对地球系统中塑料粒子和碳循环的认识。因此，尽管对全球塑料循环的研究对于理解塑料对环境的影响至关重要，但它同时也提供了一个推进地球系统科学研究的机会。

完

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