Gli scienziati della UC San Diego stanno lavorando per comprendere il degrado della plastica nell'oceano, particelle particolarmente più piccole chiamate microplastiche e relative microfibre.

Il biologo marino Dimitri Deheyn, ricercatore associato presso la Scripps Institution of Oceanography, sta lavorando su un duplice approccio a questi micromateriali. Lui e la ricercatrice post-dottorato Sarah-Jeanne Royer stanno monitorando le microfibre in tutto il mondo per capire meglio come queste fibre entrano e si diffondono nell'ambiente, collaborando anche con l'industria per identificare possibili strade per limitare l'inquinamento da plastica e sviluppare strategie di bonifica.

Mentre il cotone è una fibra naturale, la maggior parte delle microfibre sono sintetiche e molte sono a base di petrolio, rendendoli una forma di microplastica. A causa della loro capacità di assorbire maggiori quantità di acqua e proprietà uniche di legame chimico, si trovano in molti tessuti, compresi indumenti e panni per la pulizia, e sono definiti dalla loro natura ultrafine (più sottile anche di un filo di seta). Queste fibre si disperdono nell'ambiente quando i tessuti vengono lavati e durante l'uso quotidiano, e stanno diventando una preoccupazione crescente tra scienziati e ambientalisti.

Deheyn, un esperto di luce biologica, colore e tossicologia, si interessò alla ricerca sulla microfibra dopo aver scoperto che questi materiali emettono fluorescenza in condizioni di imaging utilizzate nel suo laboratorio. Deheyn usa il cambiamento di colore o la luce prodotta dagli organismi come indicatore precoce di stress (allo stesso modo in cui le persone diventano pallide quando iniziano ad ammalarsi), soprattutto in caso di esposizione a inquinanti convenzionali come metalli in tracce o cambiamenti ambientali legati al cambiamento climatico. Negli ultimi anni Deheyn ha notato un numero crescente di fibre luminose nelle sue immagini.

"Quando ho visto queste fibre brillare di fluorescenza nei miei campioni, la mia prima reazione è stata quella di pulire le lenti del mio microscopio, ma mi sono reso conto che queste fibre erano in realtà parte del mio campione, " disse Deheyn.

Lui e i ricercatori della Jacobs School of Engineering della UC San Diego hanno utilizzato la fluorescenza per sviluppare una nuova tecnologia per rilevare le microplastiche filtrate dai campioni di acqua.

Il laboratorio di Deheyn si è concentrato su materie plastiche e loro derivati. Royer ha lavorato per quattro anni su questo problema globale presso l'Università delle Hawaii, dove ha costruito forti collaborazioni con scienziati, ONG, e la comunità locale. È specializzata nelle emissioni di gas serra dalla plastica nell'ambiente, degradazione plastica, il destino e i percorsi dei detriti marini e del North Pacific Garbage Patch.

NOAA definisce le microplastiche come qualsiasi particella di plastica di lunghezza inferiore a cinque millimetri. Queste minuscole particelle derivano dalla rottura di materiali plastici e sintetici più grandi, e sono di crescente preoccupazione per i funzionari ambientali e della salute pubblica che si preoccupano degli impatti del consumo di pesce e altri frutti di mare che hanno ingerito microplastiche. Però, i ricercatori stanno ancora imparando la portata e l'impatto di queste particelle sugli ecosistemi e sugli esseri umani.

Una nuova tecnica per osservare gli inquinanti

L'osservazione di Deheyn di inquinanti fluorescenti ha portato a nuove opportunità. La tecnica di osservazione, sviluppato dalla studentessa laureata in ingegneria Jessica Sandoval, è chiamato Identificatore automatico delle microplastiche (AMI). Il protocollo mira a sostituire il conteggio manuale a occhio con processi di automazione che identificano le fibre. I ricercatori prima fotografano i filtri sotto l'illuminazione UV, in modo che la plastica diventi fluorescente. Sandoval ha sviluppato un software per quantificare la quantità di plastica su ciascun filtro e per generare anche informazioni sulle caratteristiche della plastica utilizzando il riconoscimento delle immagini.

"È un primo passo emozionante, utilizzando tecnologie di automazione per assistere con il monitoraggio di questo prevalente inquinante marino, "disse Sandoval, che ha iniziato a sviluppare questa tecnologia come studente universitario. "Con tali tecnologie, possiamo elaborare più facilmente campioni da tutto il mondo e generare una migliore comprensione della distribuzione della microplastica".

Campioni da tutto il mondo

Questa tecnologia è già stata utilizzata dai ricercatori per analizzare campioni d'acqua provenienti da tutto il mondo nell'ambito degli sforzi di Deheyn per comprendere la presenza globale delle microfibre. Finora, ha scoperto che le microfibre possono essere trovate in campioni di tutto il mondo, anche da sopra il Circolo Polare Artico. Questo sforzo di monitoraggio globale li ha portati a collaborare con Greenpeace, la nave dei re vichinghi Draken, il Club dei Giovani Esploratori, Avventura Canada, e tante altre iniziative, inclusa la spedizione di Seeker Media "The Swim" per raccogliere campioni nel Pacifico settentrionale, incluso il North Pacific Garbage Patch che farà parte della loro prossima spedizione chiamata "The VORTEX swim".

"Alla fine vogliamo fornire una mappa della distribuzione della microfibra in tutto il mondo, in modo che le persone, e soprattutto i gestori delle risorse marine, possano valutare meglio l'effetto di questi minuscoli materiali sintetici presenti nel nostro cibo, " ha detto Deheyn. "La nostra speranza è che questo diventi un progetto di scienza del cittadino globale, con l'aiuto dell'AMI e delle collaborazioni scientifiche tra cittadini che Royer ha costruito negli ultimi dieci anni."

Oltre a misurare questi microtessuti dall'acqua, aria, e campioni di sedimenti, uno dei tratti distintivi del lavoro di Deheyn e Royer riguarda l'analisi di campioni d'acqua prelevati dallo Scripps Pier nell'arco di 50 anni. Questi campioni, raccolti per la prima volta negli anni '70, vengono analizzati per la concentrazione di microfibra al fine di determinare come le quantità di questo inquinamento sono cambiate nel tempo. Questa ricerca mostrerà anche quali tipi di fibre sono i meno biodegradabili, e in quale periodo negli ultimi 50 anni questo inquinamento è diventato evidente.

"È molto eccitante avere accesso a una così straordinaria collezione di campioni d'acqua che sono stati raccolti nel corso degli anni presso Scripps, " ha detto Royer. "Questo ci offre un'opportunità unica per tornare indietro nel tempo e vedere davvero l'inizio dell'inquinamento tessile globale che purtroppo è così dominante in questi giorni".

Collaborazioni industriali

La controparte della loro ricerca include il lavoro in vie parallele di collaborazione con l'industria per fornire una valutazione indipendente sulla ricerca sulla microfibra; Per esempio, per capire come si degradano fibre e microfibre, ed esplorare nuove opzioni sostenibili. Attraverso l'iniziativa BEST, una piattaforma fondata da Deheyn che facilita l'interazione tra industria e mondo accademico per fornire uno spazio di collaborazione, Royer sta attualmente testando la degradabilità delle fibre cellulosiche rispetto a quelle sintetiche. La chiave qui era acquisire fibre di materie prime create da processi chimici popolari che potrebbero in definitiva influire sulla biodegradabilità delle fibre, che è stato implementato con successo con produttori di fibre come il gruppo Lenzing.

Royer sta testando la biodegradabilità sia delle fibre cellulosiche grezze sia di quelle che sono state ulteriormente lavorate, come accadrebbe più a valle della catena di approvvigionamento, attraverso esperimenti in laboratorio ma anche al di fuori dello Scripps Pier. Là, i materiali in fibra sono soggetti a condizioni ambientali marine reali. I ricercatori sperano di affrontare due questioni fondamentali:quali materiali vergini si degradano nell'ambiente marino, e quale processo nella catena di approvvigionamento altera la degradazione del tessuto. Per rispondere alla seconda domanda, il team sta lavorando per collaborare con altre aziende della catena del valore, come i produttori di abbigliamento outdoor, per ulteriori ricerche.

Gli studi di Deheyn e Royer seguono una storia di ricerca sulla plastica presso Scripps. Dal 2 al 21 agosto 2009, un gruppo di dottorandi e volontari di ricerca di Scripps si imbarcò in una spedizione per esplorare il Pacific Garbage Patch. La Scripps Environmental Accumulation of Plastic Expedition (SEAPLEX) si è concentrata sull'accumulo di detriti di plastica e su come influisce sulla vita marina.

La ricerca dell'oceanografo biologico Jenni Brandon si è concentrata sull'inquinamento da plastica, principalmente l'ecologia delle microplastiche marine, l'estensione spaziale e temporale di queste microplastiche, e modi migliori per quantificarli. I suoi studi hanno esaminato la distribuzione delle microplastiche nel vortice subtropicale della California Current e del North Pacific, e come queste plastiche invecchiano e si degradano nel tempo.

Anela Choy, oceanografo biologico e assistente professore presso Scripps, ha anche incontrato le microplastiche nella sua ricerca. Choy studia le reti trofiche nelle profondità marine, utilizzando animali marini sezionati nel suo laboratorio per conoscere il movimento del carbonio attraverso la colonna d'acqua. Nelle sue dissezioni, ha trovato della plastica nel contenuto dello stomaco di pesci che vivono a migliaia di piedi sotto la superficie. Il suo ultimo studio ha scoperto che le microplastiche sono comuni in tutta la colonna d'acqua nella baia di Monterey, e vengono ingeriti da animali marini.