海“溶”塑料让海洋不再哭泣
人民资讯2021-11-07 15:07
「本文来源：北京邮电大学出版」
曾几何时，塑料的发明为人类带来了许多意外的惊喜。然而，现在有关塑料污染的报道不绝于耳。特别是近几年来，海洋微塑料污染更是引起了全世界的关注。日益严峻的海洋塑料污染形势，已经对近海生态系统构成了严重的威胁。中国科学家研制的可在海水中“消失”的绿色塑料，将为保护海洋生态环境做出应有的贡献。
海洋何以成了“塑料世界”
占到地球表面面积71%的海洋，一向被认为是地球生命的摇篮。海洋生态环境的优劣，直接关乎人类的命运。
在全球范围内，每年大约有3亿吨塑料被废弃，每年流入海洋的塑料垃圾大约为800万～1200万吨。
海洋已经成为了塑料的“垃圾场”，而传统塑料的降解又需要几十年甚至几百年的时间。
近些年来，大量塑料垃圾通过不同的途径进入海洋，使得海洋几乎成为一个“塑料世界”。除了肉眼可见的塑料之外，还有肉眼不可见的塑料，它们都是海洋塑料污染的元凶。
2018年，联合国环境署首次聚焦一次性塑料污染问题，将世界环境日的主题定为“塑战速决”。
为什么微塑料更可怕
那些肉眼不可见的塑料，通常被称为“微塑料”。有科学家认为，微塑料要比肉眼可见的塑料危害更大。
关于微塑料的说法，来源于一位英国科学家2004年发表在《科学》杂志的一篇论文。目前科学界对微塑料的尺度界定尚未形成共识，但通常认为微塑料为粒径小于5毫米的塑料颗粒。
为什么微塑料比大块塑料更加可怕呢？原因在于以下几方面：
微塑料在海洋中的扩散性更强，因此更容易分散于海洋生态系统。荷兰科学家曾研究过太平洋塑料垃圾带，发现在这些塑料当中，微塑料虽然只占到塑料总质量的8%，但是却占到漂浮在此区域的塑料面积的94%。
微塑料在海洋中无处不在，并且具有很大的隐蔽性。2017年，我国“蛟龙”号载人潜水器从大洋深处4500米处带回的海洋生物，在其体内竟也检出了微塑料的成分。从近海到大洋，从海面到深海，都发现了微塑料的身影。
微塑料更容易进入到食物链，因此会对海洋生态系统造成严重的影响。在海洋复杂的生态系统中，微塑料与海洋中的低营养级生物具有大体相近的密度和尺度，因此很容易被海洋生物误食。微塑料一旦进入食物链，就会通过食物链的富集作用而危及到上一级生物。
分布在海面上的微塑料，通过对太阳光的遮挡与反射作用，往往会阻碍藻类对阳光的吸收，因而会抑制藻类的光合作用。同时，微塑料还会影响海洋生物的产卵量和繁殖能力。
海洋中也有“PM2.5”吗
雾霾污染让PM2.5成为“热词”，那么海洋中也有“PM2.5”吗？如今，在海洋中广泛分布的微塑料，就被人们称为是海洋中的“PM2.5”。
人们这样称呼微塑料，倒也有几分道理。微塑料的微小身材和五毒俱全，与造成大气雾霾的元凶PM2.5十分相似。
微塑料的颗粒小，比表面积大，疏水性强，容易成为污染物的载体。除了本身的毒性之外，还更容易从环境中吸附化学毒物，也可以在表面上附着微生物等。微塑料在食物链中往往会对生物体产生物理、化学和生物等方面的危害。
比如，生物摄入微塑料之后，既无法被消化吸收，又不容易排出体外，其自身和附着毒性又会对食物链中的生物体产生直接或间接伤害。微塑料还有可能造成入侵物种以及病原微生物的传播。
美国国家海洋和大气管理局的海洋残骸计划总监华莱士曾指出，丢弃在水中的塑料垃圾已危害到逾600种海洋生物，造成鲸鱼、海龟、海豚、鱼和海鸟受伤或死亡。
不过，目前对于微塑料的海洋环境行为、生态毒性及作用机制还缺乏清晰的认识，也没有研究能直接证明海洋微塑料对人体产生危害。但是，没有研究并不等于没有危害。
微塑料在食物链的累积、释放和污染，无疑会造成越来越大的影响。因此，研究海洋微塑料对海洋生态和环境的影响，以及对于海洋生物和人类的影响，就显得十分迫切和重要。
海洋微塑料来自哪里
现在，海洋微塑料正在成为全球性的研究热点，并成为与全球气候变化、臭氧耗竭及海洋酸化并列的全球性环境问题之一。那么，微塑料来自何处呢？
海洋微塑料的来源具有多元化的特征，既有陆源方面的输入，也有海源方面的输入。海源方面的输入包括滨海旅游业、船舶运输业以及海上养殖捕捞业等方面的输入。而陆源塑料垃圾的输入是海洋中微塑料污染的主要来源，主要是人类在生产和生活中有意或者无意丢弃的塑料废弃物等。
大块塑料是微塑料的来源之一，但不是唯一来源。传统的塑料很难降解，有的甚至需要几百年的时间，因此大块塑料的降解是非常缓慢的过程。
那么，大块塑料是如何變成微塑料的呢？关于微塑料的产生，主要是大块塑料在海水中受到了光照、风化以及洋流和生物群的作用而不断地发生裂解的结果。
除了塑料垃圾之外，人类生活中常用的一些洗涤剂、生活护肤品以及工业原料等也含有大量的微塑料成分。这些微塑料成分随污水排出进入陆海环境中，往往会随着陆源垃圾输入到海洋当中，并形成不同形状的微塑料。
这些微塑料可以通过风力、河流、洋流等外力作用进行远距离迁移，从而来到地球上的各个角落。在海洋中微塑料通常会存在于海水表面之下，主要呈现一种悬浮的状态，人们把这种现象称为“塑料汤”。
塑料替代离我们还有多远
塑料污染已经让海洋不堪重负，拯救海洋由此成为了全人类的共同呼声。用可降解塑料替代传统塑料无疑是一个具有战略意义的路径选择。
可降解塑料并不是一个新概念，而是伴随着“禁塑令”的推广而应运而生的。但是，目前的可降解塑料大都是基于治理陆地白色污染而开发出来的，在土壤和堆肥中表现出良好的生物降解性能。
然而，由于海水的温度很低，特异性的微生物种类和数量又都很少，不具备生物降解的条件，因此在海洋环境中单纯依靠酶促水解反应来降解塑料是不可行的。
中国科学院物理化学研究所工程塑料研究中心根据海洋环境的特点，在国内率先开展了海“溶”材料的研发。
研发海“溶”塑料，需要先搞清楚海洋环境，然后才能选准突破口。与陆地环境相比，海洋环境的特点为富水、高盐、高压、低温、流动、稀营养、少微生物。海“溶”塑料研发更应当借助高盐复杂水体环境中的非酶促水解反应来进行降解。
那么，什么是非酶促水解过程呢？非酶促水解过程是一个不需要生物酶帮助的化学水解过程。这就需要在生物降解塑料（如聚酯体系）中引入相应的非酶水解基团，这样才能赋予材料在海水中进行非酶水解的功能。
研究团队把非酶水解过程与生物降解过程结合起来，通过分子设计，并经过反复试验，成功实现了材料在海水中的快速降解。现在，他们研发的海“溶”塑料可以在数分钟到几百天内降解消失，最终分解为不会对环境产生危害的小分子。
未来，研究团队还希望海“溶”塑料的降解模式能够实现智能化。原来，海洋环境在不同的区域和时期是存在巨大差异的。要实现海“溶”塑料在可控的周期内完全降解，需要对其降解性能进行调控，从而满足材料的使用性能和环境适应性。
遏制海洋塑料污染，需要全社会的共同努力。除了可降解塑料的研发之外，做好塑料废弃物的回收和处理也是至关重要的。作为一个社会成员和消费者，应当尽量减少一次性塑料的使用，从而为海洋“减负”做一点贡献！
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