Chiunque abbia mai avuto difficoltà a sapere quali oggetti di plastica possono o non possono mettere nel cestino apprezzerà il complesso compito che devono affrontare il professor Rob Hale e i suoi studenti al William &Mary's Virginia Institute of Marine Science.

Hale ha iniziato a studiare la plastica negli anni '90 dopo che lui e lo scienziato marino Mark La Guardia hanno scoperto alti livelli di ritardanti di fiamma nei pesci del fiume James. Hanno realizzato rapidamente questi composti, aggiunti alle plastiche domestiche per ridurne l'infiammabilità, stavano in qualche modo fuggendo dai loro confini ed entrando nell'ambiente acquatico.

La successiva ricerca rivoluzionaria del team di Hale e altri ha rivelato alti livelli di ritardanti di fiamma nelle acque reflue, siti di rifiuti elettronici, fanghi di depurazione, suoli, sedimenti, e polvere interna; così come nei pesciolini, lombrichi, insetti, uccelli rapaci, calamari di acque profonde e altri organismi. Ricerche correlate, basate sulla preoccupazione che queste sostanze chimiche persistano nell'ambiente e tendano ad accumularsi lungo la catena alimentare, hanno rivelato impatti sulla salute sia della fauna selvatica che delle persone, e ha portato a limitazioni a livello mondiale sull'uso dei composti ritardanti di fiamma più fastidiosi.

La prima esperienza di Hale con la ricerca sulla plastica ha ora preparato il suo team per un ruolo di primo piano nell'affrontare la più recente preoccupazione per la plastica nell'ambiente:la crescente preoccupazione per gli effetti delle microplastiche nell'oceano.

Abbraccia la complessità

Per studiare la plastica e l'inquinamento da plastica, Hale dice, "devi abbracciare la complessità:la plastica non è solo una cosa. Non sono solo bottiglie, o borse, o custodie per cellulari, o la schiuma nel tuo divano."

Hale e la sua squadra, tra cui La Guardia, Ha disegnato Luellen, Matt Mainor, Ellen Harvey e la studentessa di master Kelley Uhlig, hanno analizzato prodotti in polietilene, poliuretano, cloruro di polivinile, polistirolo, polipropilene, poliammidi e biopolimeri; questi sono solo un sottoinsieme delle migliaia di varietà di plastica di uso comune.

L'aggiunta ancora più complessa è che una singola classe di materie plastiche può contenere a sua volta più varianti. polietilene, Per esempio, arriva in almeno 11 diversi "sapori". Inoltre, i produttori infondono alla plastica una serie di additivi progettati per migliorare lo scopo previsto, che si tratti di flessibilità, forza, durata o altre qualità.

Nel 2013, Hale ha ricevuto sovvenzioni dal Marine Debris Program della NOAA e dall'EPA per esaminare come si comportano quattro diversi tipi di plastica e i loro additivi in ​​varie condizioni ambientali.

"Quando abbiamo iniziato questi progetti, " lui dice, "Pensavamo che sarebbe stato abbastanza semplice:saremmo usciti e avremmo analizzato cosa c'è nei diversi polimeri, quindi testare quelli per inquinanti organici tossici. Ma abbiamo presto scoperto che la maggior parte della plastica è una scatola nera. Non sai cosa c'è dentro".

Hale dice che gli additivi possono anche essere tremendamente complessi.

"Hai suggerimenti su alcuni cuscini in schiuma di poliuretano probabilmente hanno ritardanti di fiamma bromurati, ma a seconda della loro età, i produttori potrebbero aver cambiato ciò che hanno inserito, quindi è una specie di bersaglio mobile. Abbiamo visto molto presto che parte della schiuma aveva eteri di difenile polibromurato, ma aveva anche i ritardanti di fiamma bromurati di nuova generazione mescolati, e aveva anche ritardanti di fiamma a base di fosfato."

Aggiunge che la plastica "probabilmente conteneva altre sostanze chimiche che non sono nemmeno sul nostro schermo radar. Quindi, se osservi un effetto tossicologico in seguito all'esposizione, hai un sacco di tempo per capire quale sostanza chimica o miscela lo sta causando."

La ricerca è appena iniziata

La conseguenza pratica di questa complessità è che la ricerca sugli impatti ambientali dell'inquinamento da plastica è appena iniziata. Meredith Evans, uno studente di dottorato che studia plastica nel laboratorio di Hale, dice, "Molte persone non capiscono quanta ricerca si potrebbe fare in questo settore. Potremmo lavorare su questo per anni e anni e continuare a tirare fuori cose su cui porre domande".

Come esempio, Evans indica un esperimento che ha condotto in una classe di ecologia microbica acquatica recentemente offerta dal professor B.K. Canzone, in cui ha inserito diversi tipi di microplastiche:polietilene, cloruro di polivinile, schiuma di poliuretano e un biopolimero, in sedimenti raccolti dal pavimento di Chesapeake Bay.

"Ho osservato come i diversi tipi di plastica hanno influenzato la comunità microbica, " lei dice, "e ho visto che alcuni tipi riducevano significativamente le popolazioni microbiche, che potrebbe influenzare l'elaborazione di sostanze nutritive come l'azoto. Ma se avessi usato un polietilene con diversi additivi, i miei risultati potrebbero essere stati molto diversi. È una sfida quando siamo in campo perché ci sono così tante possibilità per quello che potrebbe esserci là fuori".

Un'altra domanda, dice Hale, è se i risultati di Evans fossero dovuti agli additivi nella plastica, o alla plastica stessa. "Il diavolo è nei dettagli, " lui dice, "che tipo di PVC è, e cosa c'è nel PVC, potrebbe effettivamente controllare il risultato."

"Questo sorprende sempre le persone, "aggiunge Evans, "quanto è difficile determinare il tipo di plastica e i diversi composti in essa contenuti. Sento spesso dire 'Tutta la plastica è uguale, ' ma in realtà non lo è. La complessità lo rende un'area di ricerca molto interessante e importante."

Direzioni future

Andando avanti, Hale and Evans' immediate plans are to study plastic pollution in two far-spread environments—coastal Alaska and St. Helena island in the South Atlantic. Other opportunities—several related to electronic manufacturing and recycling sites in China—lie on the horizon.

Evans plans to head to Alaska in July, in a collaboration with W&M Professor and Immunologist Patty Zwollo.

"There's a very remote spot that gets a lot of plastics washing in, " says Evans. "It's a unique study site because there are no other pollutants in the area besides plastic, so we can isolate the effects of plastic on that ecosystem. That's really cool."

Hale is already collaborating with colleagues at the Georgia Aquarium in Atlanta to study whale sharks, filter feeders that ingest huge quantities of water to collect plankton and small fish and—in today's ocean—inadvertent bits of floating plastic.

"If the whale sharks are eating microplastics, " says Hale, "one sure way of showing that is to look at their poop. As you might expect, that's not the easiest thing in the world, particularly when you're dealing with a pelagic species that shows up kind of opportunistically."

To surmount that challenge, Hale and his aquarium colleagues hope to collect poop not only in nature but in a much more accessible locale—the tank that holds the aquarium's whale-shark pair.

Doing so offers an additional benefit—the opportunity to further test Hale's notion that ocean microplastics aren't necessarily of greatest concern in terms of human health.

"If you're concerned about toxicological impacts with a contaminant, " says Hale, " it's probably going to occur where the levels are highest. When they make plastics, the additives are present in concentrations up to 10 percent by weight—a ludicrously high number compared to what might be on a bit of microplastic, which is measured in low parts per millions."

The point, he says, is not that whale sharks or other organisms will experience no ill effects from ingesting microplastics in the ocean. It's that whale sharks in an acrylic-walled aquarium may be exposed to much higher concentrations of flame retardants than their wild cousins—just like people are likely ingesting much higher concentrations of flame retardants from microplastics in household dust than by eating seafood in which these materials might have accumulated. LaGuardia is currently analyzing legacy and emerging flame retardants in household dust in collaboration with University of Cincinnati and NIH.

A realist, Hale recognizes that humans are not going to stop using plastics anytime soon. Global plastic production has increased by more than 600 percent since 1975, and the amount of plastic entering the world's oceans is projected to increase 10-fold by 2025. But he does think there are steps we can take to minimize their environmental impacts.

"We have to re-think how we make, riutilizzare, and dispose of these materials, " says Hale.

A better understanding of the environmental effects of microplastics and their additives is also key.

"Back when I started, " says Hale, "people thought that plastics on the beach just sat there, and if they broke into pieces we didn't have to worry about them anymore. We thought plastics were simple. But now we realize they are not."

"Public concern, " adds Evans, "often focuses on the visible plastic—like a six-pack ring wrapped around a turtle—but microplastics may well be more harmful."

Microplastics exhibit greater surface areas and environmental reactivities than larger plastic pieces and are easily transported, says Hale.

"Their small size allows them to be ingested by many types of organisms—from whales to humans. So for us it is a natural thing to study how water might affect transport and bioavailability from microplastics. That's one of our major goals moving forward."