海洋中的微塑料 - 海洋微塑料影响

近年来，媒体上频频爆出“海洋被微塑料污染，海产品还能不能吃”“食盐中也有微塑料”等新闻。微塑料是什么？吃海产品就等于吃塑料吗？

塑料是一大类人工合成高分子材料的总称。因为它们具有轻便、防水、便宜、形状可塑、较耐用、色彩艳丽等优点，自从19世纪初的工业革命时代诞生以来，已经深深地融入了我们日常生活的方方面面。然而它为人们提供便利的同时，也给环境带来了“白色污染”问题。

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为了遏制“白色污染”的扩张，2008年6月1日，我国开始实施的“限塑令”对塑料袋的无限制使用踩了一脚“刹车”，使得许多消费者开始改变自己的习惯，比如多次重复使用塑料袋，或者改为用布袋、篮子来装物品。不过，随着电子商务和快递业的迅速发展，“网购”成了一种新的生活习惯，包装袋、胶带、防撞泡沫垫等一次性使用的塑料消耗品迎来了迅猛的增加。根据国家邮政局公布的2018年数据，全国快递服务业业务量累计完成507.1亿件。不难想象，这些快递涉及的塑料制品数量一定是个天文数字。

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那么，那些被我们丢弃的塑料垃圾都去了哪里呢？

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不会凭空消失

1997年，美国人查尔斯·摩尔（Charles Moore）在北太平洋环流带（位于夏威夷海岸和美国西海岸之间）首次发现了大量的漂浮垃圾，其中包括印制有中文和日文的饮料瓶、塑料袋等常见日用塑料制品，污染海域面积达250万平方千米，相当于150座夏威夷岛。时隔14年后，摩尔团队再次于南太平洋环流带（位于澳大利亚、新西兰和南美洲西岸之间）发现了广泛分布于海面的塑料垃圾。与之前不同的是，这些漂浮在海面上的塑料垃圾变成了浮游生物般大小的微塑料，肉眼几乎难以察觉。同样的情况也出现在了大西洋环流带、印度洋环流带和北冰洋环流带。

原来，那些从我们的生活里“消失”的塑料垃圾，除了一部分被回收、填埋或者焚烧以外，剩下的都进入了海洋。在洋流、季风、潮汐等外力的作用下，大大小小的垃圾碎片从近海漂流到远海，从海洋表层转移到大洋深渊。

塑料的降解，本质上就是高分子聚合物长链的断裂过程。塑料进入水体后，在紫外辐射、波浪击打、生物栖息以及冻融循环等作用下发生碎化和降解，粒径逐渐变小，形成了数量庞大的微塑料。大量证据表明，从大的塑料碎片形成微塑料的过程较快，而微塑料降解到更小的颗粒直至矿化的过程却极为缓慢。这意味着微塑料造成的影响是持久累积的。

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早在2004年，英国科学家理查德·汤普森（RichardThompson）就将粒径小于5毫米的塑料微粒或碎片称作“次级微塑料”，相应的还有“初级微塑料”，是指专门制作的微小塑料颗粒工业产品。如有的化妆品添加了增强清洁能力的“磨砂”，就是微塑料颗粒，这些微塑料一经使用便被冲入下水道。同样，我们在洗完衣服后总能发现洗衣机的过滤网兜内积攒了大量线团，其实大部分是衣物中的聚酯纤维，那些没有被捕获的聚酯纤维就被直接冲入下水道。据统计，每次衣物洗涤都会产生至少1900根塑料纤维。然而，目前的城市污水处理系统多采用传统处理工艺，通常配备2～15毫米孔径的格栅对污水进行机械清渣，无法有效处理其中更小的微塑料颗粒及合成纤维。因此，大量的微塑料未能被去除，直接排入河流并进入海洋。

尽管早在上世纪70年代，海洋微塑料相关的研究工作已经开展，但当时人们对这种小粒径的污染物并未予以足够重视。近年来，随着科学家相继在多个海域的水体和沉积物中发现微塑料，人们这才意识到微塑料污染已经成为了一个全球性的环境问题。此外，在远离海洋的内陆地区，人们在土壤、河流和湖泊中也发现了微塑料的踪迹。由此看来，微塑料污染就像空气里的PM2.5颗粒那样，没人能够置身其外。

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一再敲响警钟

据估计，海洋里目前存留有1.5亿吨塑料，这个数值还在以每年800万吨的速度持续增长，意味着每分钟有15吨塑料垃圾被倾倒进海洋。如果以现在的速度持续发展而不加以控制，预计到2050年，海洋中的塑料垃圾总重量将超过鱼类资源的重量总和。

虽然每年都有大量的塑料垃圾从各种途径进入海洋，然而正如我们所看到的，海洋表面并没有覆盖满满一层塑料垃圾。随着时间流逝，部分塑料垃圾甚至会从海洋表面“消失”。这一现象也被科学家所证实。美国伍兹霍尔海洋研究所的海洋学教授卡拉·拉文德·劳（Kara Lavender Law）对西北大西洋环流带塑料富集区的调查结果显示，该区域表层水体中的塑料垃圾在1986～2008年间并未显著增加。

塑料在海洋中的垂直分布还与它的密度有关。常见塑料的密度多数低于淡水或海水，如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯在水中上浮。而聚苯乙烯和聚氯乙烯在水中会下沉。

即使是浮在海洋表层的微塑料颗粒，在水体里的位置也不是一成不变的。专注于世界范围内塑料污染研究的美国环境学家马库斯·埃里克森（Marcus Eriksen）认为，由于微塑料表面容易附着微生物和浮游生物，这层亲水性的“生物膜”会增大微塑料的密度，使其逐渐下降，直至海洋底部环境。

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事实上，微塑料对海洋的影响远不止于对环境本身的污染破坏，其对海洋生物也有巨大的影响。即使只有1～2厘米的箭虫（Sagitta）也会摄入微塑料，而且可造成严重影响。来自英国的浮游生物学家理查德·柯比（Richard Kirby）首次拍摄到了箭虫摄食微塑料的场景。其实这种浮游生物摄食微塑料的现象非常普遍。由于浮游生物在生态系统中扮演着重要角色，这个现象意味着微塑料可通过多条食物链组成的食物网逐级向上传递。

摄入荧光微塑料的生物体：1、摄入7.3 微米聚苯乙烯微珠的桡足类刺水蚤（背视图），2、摄入20.6 微米聚苯乙烯微珠的桡足类海岛哲水蚤（侧视图），/3、摄入7.3 微米聚苯乙烯微珠的早期双壳类幼虫，4、摄入20.6 微米聚苯乙烯微珠的十足类蟹幼虫（侧视图），5、摄入30.6 微米的十足类瓷蟹幼虫（侧视图），6、长角宽水蚤背部肠道中的30.6 微米聚苯乙烯微珠，7、堆积于刺水蚤尾叉纤毛间的1.4 微米聚苯乙烯微珠，8、长角宽水蚤粪便中的30.6微米聚苯乙烯微珠。（来源：Cole et al. EnvironmentalScience & Technology, 2013）

食盐中也检测出微塑料的身影

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正是因为大量的研究证据表明微塑料在食物链（网）中存在层层转移，人们开始关注人类摄入微塑料的问题。

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2015年10月，华东师范大学施华宏教授的研究团队在《环境科学与技术》(Environmental Science & Technology）期刊上发表论文，提到在多个品牌和来源的食用盐中都发现了微塑料，其中海盐中微塑料含量为550～681个/千克，湖盐为43～364个/千克，井盐为7～204个/千克。对比可以看出，海盐中的微塑料含量最高。

这一结果经一些媒体报道后，一时在社会上引起了恐慌。有人开始担心自家的盐罐，甚至有的媒体以“吃盐等于吃塑料”这种标题来吸引眼球。

这项实验其实是按照国际上通行的办法来检测的。将食盐样品充分溶解后，通过孔径为5微米（1微米＝1/1000毫米）的硝酸纤维滤膜过滤，在室温干燥后，再观察滤膜上的颗粒。首先用光学体视显微镜观察塑料颗粒的颜色、形状等物理特征，然后随机选一些颗粒，用显微傅里叶变换红外光谱仪测量光谱来确定成分。

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滤膜孔径为5微米，滤膜直径47毫米。从形态上看，微塑料常常为小球、薄片、纤维、不规则碎块状。

其实，不仅食盐已经沦陷，龙虾、贝类、鱼类、蜂蜜、自来水、啤酒等多种食物中均已被检测出含有微塑料。

虽然大多数海产品中已证实含有微塑料，但是人们在吃鱼时摄取的微塑料的数量比吃贝类时摄取的微塑料少。因为我们在烹饪鱼类时，一般都会首先把鱼的内脏器官取出丢弃，消化道中的微塑料也随之被丢弃。但双壳贝类动物体内的微塑料却依然会在人们食用贝类的过程中被摄入。2018年10月，奥地利维也纳医科大学的医学家菲利普·施瓦布（Philipp Schwabl）从8名（3名男性、5名女性，33～65岁）分别来自欧洲不同国家和日本的志愿者粪便样本中检测出了微塑料。调查显示，他们在一周前曾食用过由塑料袋包装的食品，其中6人另外食用了海产品。这些结果表明，那些曾经被我们扔掉的塑料垃圾摇身一变成了水中的“PM2.5”,悄悄地回到了我们身边甚至身上。

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微塑料的危害有哪些？

许多实验已证实微塑料能被生物摄食。除了会造成生物体摄食效率降低、能量缺乏、受伤或者死亡外，科学家们在实验室内发现，微塑料的摄入会对生物造成毒性效应，主要包括生长发育不良、繁殖能力降低、行为活动和基因表达异常及存活率降低等。而当粒径进一步缩小时，海洋生物消化道中的微塑料则可能穿过肠上皮细胞，经由消化道转移到循环系统、免疫系统乃至组织细胞中，引发机体免疫系统的炎症反应。不过，现实的水体环境往往难以达到实验室中的高浓度暴露条件，多数情况下生物尽管会摄入微塑料，短期内却并不会出现相关毒性效应。

但是自然界中也存在数量不亚于微塑料的小颗粒物质，如粉煤灰、硅藻碎片、黏土矿物等，为什么仅仅把微塑料列为重点目标呢？这是因为微塑料不仅体积小、比表面积大，作为高分子化合物的本质也决定了其表面疏水性较强，在环境中易与污染物，特别是有机污染物相互作用。微塑料能从环境中富集百万倍于环境浓度的污染物，当其被生物摄食后，在一定条件下这些外源性污染物会从微塑料上解吸下来并进入消化道，转而被生物组织吸收而引起毒性效应。同时，塑料生产过程中，为了提高其特殊性能而添加的阻燃剂、增塑剂等物质，也可能在经过风化作用后重新释放到环境中，对生物的健康产生不利影响。

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菲利普·施瓦布的研究证实了人们在日常生活过程中会将微塑料吞进肚子里，他同时也表示，由于这些微塑料体积够大，不会透过肠上皮细胞进入其他组织，而是直接被排泄出体外。来自联合国粮食及农业组织（FAO）2017年的报告※也认为，对于啮齿动物和狗来说，粒径大于150微米的微塑料不会被吸收，会通过粪便排出。人体如果摄入微塑料，其中的90%最后会通过消化系统排泄出来，可能不会对人体造成伤害。

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但是，由于人体消化道结构复杂，微塑料不能被完全地排出体外，可能会残留小部分在人体内部蓄积起来，当其粒径小于20微米时，仍然存在进入血液循环系统的可能。另一方面，“人体消化系统的内部环境是否会加剧微塑料中有毒物质的释放”仍然不甚清楚，还有待学者们进一步研究。

就环境而言，目前的研究已经证实微塑料会引起物种多样性的改变，间接破坏生态系统的平衡。最直接的例子便是夏普朗（L.Chapron）等人于2018年在《科学报告》（Scientific Reports）上的报道，他们在地中海西北部540米深的拉卡之·迪希埃海底峡谷（Lacaze-Duthiers canyon）分别研究了大块塑料和微塑料对一种冷水石珊瑚Lophelia pertusa生长的影响。结果证明，大块塑料和微塑料均会引起珊瑚钙化率的下降，它们通过干扰珊瑚虫的正常捕食而阻碍其对能量的获取与分配。这一现象明显减缓了珊瑚骨骼的生长，严重威胁到珊瑚礁的堆积构成，长此以往，可能会对珊瑚礁生态系统造成毁灭性打击。

本文节选自《科学世界》2019年第3期

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