The Fate and Threat of Man-Made Polluted Particles

Forurensning kan komme på mange ulike former. Noen ganger er forurensning kjemikalier, som for eksempel pesticider, mens andre ganger er forurensning partikler, som sot eller mikroplast. Men hva skjer når forurensningen er begge deler? Det er mange forskere som spør spørsmål som "hva er farligst for fisken som svømmer i det mikroplast-forurensede havet: Mikroplasten eller kjemikaliene i mikroplasten?". Det er ikke så usannsynlig at det faktisk er kjemikaliene som utgjør den største trusselen, ettersom mange plastmaterialer inneholder en rekke farlige kjemikalier, som bisfenol A, bromerte flammehemmere og PCBer. Forskning på miljø har tradisjonelt fokusert på kjemisk forurensning og partikulær forurensning separat. Det å tenke på partikler som bærere av forurensning, og utvikle metoder for å måle og modellere dette, er et relativt nytt konsept. Dette var fokuset i forskningsprosjektet FANTOM. En av hovedmotivasjonene for forskningen var å utvikle nye metoder for in situ monitorering av såkalte "fri fase"-forurensninger i miljøet. "Fri fase" refererer til forurensninger som ikke er sorbert til en partikkel, men som foreligger som fritt løst i luft eller vann. Innovative prøvetakingsmetoder ble utviklet ved å benytte uvanlige materialer, f.eks. 20 µm tykke silikonark lagt mellom metallgitre. Disse prøvetakerne kunne raskt (i løpet av to uker) prøveta "fri fase" forurensning i vann og luf, og dataene for "fri fase" kunne deretter sammenlignes med konsentrasjoner funnet i de innsamlede prøvene av partikulært materiale. For å optimalisere metodikken, gjennomførte FANTOM-forskerne prøvetaking i tre forurensede områder; i nærheten av utslipp fra renseanlegg i Oslofjorden, i en industrihavn nær Nyköping i Sverige og på industriområdet i Grenlandsfjordene. En annen viktig utvikling var å separere menneskelagde partikler fra naturlig sediment. Her utviklet FANTOM-forskerne en lavkost mikroplast-sediment separator, navngitt "Bautaen". Navnet fikk den grunnet sin likhet med en bautastein fra vikingertiden. En stor mengde data ble samlet inn i forbindelse med FANTOM-prosjektet. Forskerne jobber for øyeblikket med disse dataene, og en del resultater er allerede presenterte for offentligheten. En del av prosesseringen av dataene inkludere også å finne forenklede måter å se på konsentrasjonsprofiler på tvers av ulike medium, for eksempel av prøver fra atmosfæren, vann og sediment. En forenklet prosess som forskerne jobber med er å uttrykke konsentrasjoner på en form som kalles "kjemisk aktivitet", som en kan se på som en enhetsløs konsentrasjon. På denne måten kan FANTOM-forskerne se på flukser på tvers av "fri fase" og partikkelbundet fase, under den forutsetningen at forurensning generelt beveger seg fra områder med høy kjemisk aktivitet til områder der den kjemiske aktiviteten er lavere. Så, hva er farligst for fisken som svømmer i et hav av mikroplast? Svaret er nok at det ikke finnes et universelt svar. Men ved å benytte metodikken og resultatene fra FANTOM vil forskerne kunne svare på dette spørsmålet for en rekke forurensede miljøer.

The technology and theoretical approaches developed in FANTOM are of wide-spread interest to the environmental contaminant community. The in situ method FANTOM researchers developed for free-phase contaminant monitoring in air and water is much simpler and portable than state-of-the-art equivalents. Further, the FANTOM designed Bauta microplastic sediment separator has also attracted much interest, as this could simplify separation of man-made polluted particles, like microplastics, in a more economic way than currently available. The presence of hazardous additives (like flame retardants) in microplastic in the ocean is attracting attention. Here the modelling of FANTOM can be used to directly investigate this topic, to differentiate the fate of plastic additives being transported by microplastic vs free-phase emissions. However, the FANTOM approach can be extended to all particles.

Hydrophobic organic contaminants (HOCs) are often introduced into the environment alongside or within man-made particles. As examples, the Baltic Sea continues to be bombarded with dioxin loaded aerosols formed by industrial combustion, and the coast of Å lesund, Norway contains elevated levels of brominated flame retardants from microplastic particles. An increasing number of field observations are providing clues that these man-made particles regulate the exposure of HOCs to the local ecosystem, more so than natural sorbing phases do, contrary to the orthodox view of organic contaminant research. To address this, I hypothesize that risks from man-made organic contaminants depend on the man-made particles that introduce them into the environment, particul arly for man-made combustion, petroleum and sewage residues, as well as nanoparticles and microplastics. Methods: I seek to gain unprecedented, highly resolved profiles of dissolved HOCs and particulate bound HOCs along air-water-sediment transects in co ntaminated coastal areas. For this, I have designed novel equipment that will simultaneously and passively sample dissolved and particulate-bound HOCs. This equipment takes full advantage of the most recent advances in passive sampling technology and mari ne technology design. Four, unique areas will be studied that vary in terms of how the HOCs are introduced: atmospheric deposition, microplastic pollution, river dredging and water treatment overflow. Impact: Combining HOC profiles, geochemical characte rization and biogeochemical process modelling, unparalleled accounts of man-made particulate - pollutant dynamics will be obtained. This will shift the focus of HOC pollution research, improve risk and management guidelines, introduce novel technology and methods, inform on the remediation strategies for contaminated areas such as natural recovery, as well as be transferable to assessing emerging threats from nanoparticles and microplastics.