Non tutte le notizie sulla plastica negli oceani sono quelle che ci aspettiamo. In effetti, potrebbe non essere così male come si pensava inizialmente. Questa è un'informazione gradita mentre stiamo celebrando la National Science Week con un tema sugli oceani.

Recentemente una ricerca condotta da uno scienziato ANSTO ha scoperto che il degrado strutturale della plastica nell'oceano facilita il suo ingresso nel ciclo naturale del carbonio in modo efficiente come anidride carbonica.

La ricerca è stata un'indagine sulla frammentazione degli imballaggi in microplastiche nell'oceano.

Il lavoro non diminuisce la grave minaccia per la fauna selvatica rappresentata da grandi pezzi di imballaggio, ma trae importanti conclusioni sui fattori che determinano la durata della plastica nell'ambiente.

Lo studio è stato condotto dal Dr. Chris Garvey (Instrument Scientist presso l'Australian Centre for Neutron Scattering dell'ANSTO). Chris è attualmente membro del Lund Institute of Advanced Neutron and X-ray Science mentre lavora presso l'Università di Malmö in Svezia.

Il lavoro fornisce un'importante comprensione dei meccanismi fisici su scala molecolare che consentono la frammentazione della plastica nell'oceano.

"Rifiuti di cellulosa, compreso cartone e carta, entra nel ciclo del carbonio con un processo ben compreso. Negli ultimi anni la plastica, e in particolare polietilene, che provengono da combustibili fossili, hanno sostituito la carta come materiale barriera per gli imballaggi. È importante capire come questo carbonio, da una pozza fossile, entra nel ciclo del carbonio, " disse Garvey.

Ovviamente con l'esposizione alla luce solare UV e all'ossigeno nell'oceano la plastica inizia a diventare fragile, rompere e rompere in pezzi più piccoli.

Garvey e i suoi collaboratori volevano conoscere il processo su scala molecolare che porta all'infragilimento e se questi processi rallentano o accelerano la degradazione chimica della plastica.

Le microplastiche utilizzate negli esperimenti includevano campioni raccolti nelle acque tropicali dei Caraibi come parte del vortice atlantico.

Questi campioni sono stati confrontati con pezzi di plastica stagionati leggermente più grandi della stessa fonte e nuovi campioni che erano la fonte corrispondente dei pezzi stagionati.

Le microplastiche, che erano grandi circa un millimetro, erano in acqua da molto tempo ma non c'è modo di sapere quando sono entrati nell'oceano se non rappresentano una significativa frammentazione della confezione originale.

Però, sonde con tecniche analitiche, in particolare lo scattering di raggi X e Raman di piccole e grandi dimensioni, ha identificato importanti cambiamenti nella microstruttura.

plastica, in questo esempio, polietilene, sono costituiti da molecole estremamente lunghe che attraversano molti strati di strati alternati di catene polimeriche cristalline formando una struttura a lamelle.

Questa è la normale struttura del polietilene prodotto mediante stampaggio ad iniezione che viene utilizzato per l'imballaggio.

La tendenza naturale delle molecole a catena lunga è di cristallizzare e questo processo è frustrato dall'intreccio delle catene polimeriche tra le lamelle cristalline.

I raggi UV della luce solare provocano il taglio delle catene. Ciò ha implicazioni per il principale percorso di degradazione che alla fine converte le catene polimeriche in anidride carbonica.

"Questo rilascia l'arresto cinetico, quindi il polimero inizia a cristallizzare di nuovo lentamente e questo processo di cristallizzazione interrompe la struttura delle lamelle, " ha spiegato Garvey.

"Quando la lamella è rotta, non è più una barriera così efficace e l'ossigeno può diffondersi più facilmente al suo interno, " Egli ha detto.

Nello studio del polietilene da diversi imballaggi, lo scattering di raggi X grandangolare ha fornito un'indicazione della frammentazione su nanoscala degli strati cristallini e di un aumento della frazione di polimero cristallino.

La diffusione di raggi X a piccolo angolo ha dimostrato la perdita degli strati alternati di polimero amorfo e cristallino. Lo scattering Raman a bassa frequenza ha rivelato pochi cambiamenti nello spessore della lamella durante la degradazione.

La barriera continua delle lamelle cristalline, e la sua barriera alla diffusione dell'ossigeno nella plastica, viene sostituito con nano-domini frammentati che dovrebbero offrire una barriera meno efficace alla permeazione dell'ossigeno nella plastica.

Questo cambiamento catalizza ulteriormente l'ulteriore degradazione del materiale per ossidazione.