Tilbake til søkeresultatene

SANOCEAN-South Africa - Norway co-operation on ocean research including blue economy, climate change, the env

Factors influencing the formation, fate and transport of microplastic in marine coastal ecosystems

Alternativ tittel: Faktorer som påvirker dannelsen, skjebnen og transporten av mikroplastikk i marine kystøkosystemer

Tildelt: kr 1,5 mill.

FORTRAN-prosjektet var et samarbeid mellom forskere ved SINTEF Ocean, universitetene i Stellenbosch og Western Cape i Sør-Afrika, og den sør-afrikanske organisasjonen WildOceans. Prosjektet undersøkte faktorer som påvirker dannelsen av mikroplast fra plastavfall som havner i havet. Laboratorieforsøk så på hvordan fysiske, kjemiske og biologiske forhold langs kysten påvirker hvordan mikroplast dannes, endres og transporteres med havstrømmer. Forskjellige typer plast ble sammenlignet for å forstå hvordan for eksempel kjemisk sammensetning av et plastprodukt kan påvirke hvor det ender sitt liv, og hvilken miljøkonsekvens det har. For å få til dette dette, ble det benyttet nye metoder for karakterisering av fysisk og kjemisk degradering av plast og mikroplast, og mikrobiell vekst på plastpartikler. I tillegg ser prosjektet på hvordan kjemiske tilsetningsstoffer i plasten påvirker disse prosessene. Prosjektet har tatt for seg de vanligste plastpolymerene, som polyetylen (PE), polyetylentereftalat (PET), polypropylen (PP), polyamid (PA, nylon) og polyvinylklorid (PVC). Innholdet av kjemiske tilsetningsstoffer i de benyttede materialene varierer i stor grad. Ulike former, størrelser og farger av partikler ble benyttet i forsøkene for å kvantifisere effekten av disse parameterne på nedbrytningsprosesser. En viktig del av prosjektet har vært å kvantifisere hvordan UV-stråling fra sollys ved ulik intensitet i samarbeid med økt temperatur bryter ned plastpartikler kjemisk og fysisk. Forsøkene har simulert miljøet i kystsonen, hvor plasten tidvis befinner seg på stranden (tørt) og tidvis flyter i vannoverflaten. Underveis i forsøkene ble partiklenes masse, krystallinitet, hardhet og funksjonelle grupper på overflaten analysert. Alle de testede materialene ble påvirket i større eller mindre grad, men både graden av total nedbrytning og hvilke parametre som hadde størst påvirkning varierte. Som eksempel ble PP mer påvirket av UV-stråling enn PET, og klar PP mer enn sort PP (dette kan skyldes en UV-stabilisator i den sorte plasten). Det ble vist at plast som først var UV-bestrålt i luft, var mer bestandig mot videre degradering i vann. For plast som først var varmebehandlet var det motsatte tilfelle, denne ble mer mottakelig for videre nedbrytning i vann. Både høyere temperatur og høyere intensitet på UV-stråling førte til større degradering, og i tillegg ble PP mer degradert i sjøvann enn ionefritt vann. Videre har prosjektet undersøkt hvordan plastens fysisk-kjemiske egenskaper, tidligere UV-degradering og innhold av tilsatte kjemikalier påvirker mikrobiell vekst på partiklene i naturlig sjøvann ved temperaturer relevante for både den norske og sør-afrikanske kysten. Det viser seg at biofilmdannelse er begrenset på alle plasttyper ved lave temperaturer, men ved økte temperaturer er det størst vekst på partikler med høyt innhold av tilsatte kjemikalier. Det ser også ut til at både innhold av tilsatte kjemikalier og UV-degradering påvirker sammensetningen av det mikrobielle samfunnet som vokser på partiklene. Basert på eksperimentelle data fra disse laboratorieforsøkene utvikler FORTRAN modeller for å forutsi hvordan plast brytes ned og påvirkes av biologisk vekst under varierende forhold. Videre benyttes data fra prosjektet i utviklingen av en hydrodynamisk modell som kan simulere dispersjon av partikler i kystsonen for å forstå transportmekanismer. Som en del av FORTRAN-prosjektet, utførte WildOceans' Blue Crew prøvetaking av plastpellets på strender i Sør-Afrika. Blue Crew-teamet består av en gruppe tidligere arbeidsløse kvinner som daglig arbeider med avfallsinnsamling og registrering. Hvite plastpellets er blitt funnet i et stort område, og hovedkilden er antatt å være utslippet av pellets fra et grunnstøtt skip ved byen Durban i 2017. Kjemiske analyser av pellets, utført i regi av prosjektet, har derimot vist at selv om en stor del av pelletsene sannsynligvis kommer fra det kjente uhellet, er det også flere andre kilder til pellets som finnes i miljøet. Pelletsene som kan spores til det kjente utslippet benyttes videre til å validere nedbrytningsmodeller basert på laboratorieforsøkene. FORTRAN etablerte en kommunikasjonsplattform mot flere interessegrupper for å forsikre at prosjektresultater når et større publikum. 'Noah the Nurdle' er en fiktiv karakter som, gjennom en serie med grafiske presentasjoner, forklarer på en lettfattelig måte skjebnen til mikroplast i det marine miljøet til følgere i sosiale media. Kampanjen har allerede nådd flere titalls tusen mennesker via Facebook, Twitter og Instagram. WildOceans har også besøkt lokale skoler i Sør-Afrika, hvor de presenterte FORTRAN-prosjektet og skapte økt forståelse for mikroplastforurensing og dens effekter langs kysten av Sør-Afrika.

The FORTRAN project has contributed to advancing the understanding of environmental factors impacting plastic and microplastic particles in the marine environment. UV degradation of plastic particles has been studied through simulations of exposure conditions relevant to both the Norwegian and South-African environments. These studies have allowed us to gain a stronger understanding of the fragmentation pathways, polymer degradation and formation of smaller microplastic particles resulting from UV degradation, as well as release of plastic associated chemicals with potentially hazardous properties. Novel test systems to investigate the rate and impact of biofilm formation on microplastic particle fate in the marine environment under varying temperatures have been developed and applied within the project. These are now available for use in future projects aiming to develop empirical data for input to microplastic and plastic fate modelling, as well as towards microplastic risk assessment. The project has demonstrated the use of chemical and physical characterization techniques to track the source of environmentally released microplastics, here exemplified as plastic nurdle spills. This tool is not only applicable to the research community, but with further developments it may also be implemented by regulatory and monitoring bodies in the event of acute spill scenarios. The applicability of existing hydrodynamic modelling tools towards microplastic fate has been demonstrated through the project, and the feasibility of implementing empirical data assessed and tested. Together with the analytical tools discussed above, this will be of key importance in determining the fate, accumulation zones and potential impacts of plastic spilled at sea to aquatic organisms. The FORTRAN project has contributed to the education of twelve individuals (one postdoctoral candidate, four Masters level and three Bachelor level students, as well as two postgraduate interns) working across the diverse activities and disciplines involved in the project. Through dissemination and outreach activities targeted towards younger level school children in South-Africa, the project has created a lasting impact through its knowledge sharing activities and through the development of skills regarding environmental impacts of pollution at all levels of education. Through social media campaigns involving the fictional character "Noah the Nurdle", the project has reached tens of thousands of individuals, creating awareness about microplastic pollution and developing common societal understanding of the pathways of microplastics in the marine environment and how these materials undergo degradation to form smaller and smaller particles due to natural weathering and degradation processes.

The FORTRAN project will investigate factors influencing the formation of nano- and microplastic particles from degradation of plastic marine litter, studying their subsequent fate and transport in marine coastal ecosystems. The project will use reference materials representing the most abundant types of plastic litter found in the marine environment. To investigate the influence of plastic additive chemicals on degradation processes, the reference materials will include plastic with differing additive contents and profiles. Methods will be developed to characterise and quantify the formation of nano- and microplastic particle degradation products and additive chemical leaching. FORTRAN will study the influence of plastic physicochemical properties, including additive chemical content, on microbial colonisation and biofilm formation. The role of biofilms on the vertical and lateral dispersal and transport of microplastic will also be investigated. Finally, FORTRAN will develop a series of models to predict plastic and microplastic degradation, biofilm formation and transport in the marine environment. The models will be developed and validated using data generated within the project. State of the art analytical and imaging instruments will characterise the test materials throughout the degradation and additive leaching studies. Conceptual modelling within FORTRAN will (i) act as a basis for designing laboratory experiments, (ii) utilise data generated within the project to develop a hydrodynamic model that will disperse simulated particles through the coastal zone. In situ validation of the model output will be conducted. FORTRAN will establish a communication platform towards multiple stakeholder groups to ensure dissemination of the knowledge generated in the project. Furthermore, public engagement and increasing public awareness about the issue of marine litter and microplastic will be achieved through the activities of the Wildland Conservation Trust.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

SANOCEAN-South Africa - Norway co-operation on ocean research including blue economy, climate change, the env

Finansieringskilder