Varje år, cirka 8 miljoner ton plast förs ut i världshaven. Särskilt oroande är mikroplaster, material som finns i den marina miljön som förekommer i storlekar under fem millimeter och är den vanligaste formen av marint skräp som observerats vid havsytan.

Flodmynningar och kustmiljöer spelar en avgörande roll som buffert mellan land, sötvattensmiljöer och det öppna havet där plastskräp samlas. Trots att du utför denna kritiska funktion, flodmynningar och kustmiljöer har inte studerats i stor utsträckning för mikroplastprevalens och påverkan.

För att bättre förstå hur dessa miljöer påverkas av mikroplaster, University of Delaware forskare tittade på mikroplaster i Delaware Bay, som är en tidvatten-, vind- och sötvattendriven flodmynningsmiljö.

De upptäckte en betydande koncentration av mikroplaster i Delaware Bay som ackumuleras i hotspots som drivs av flytkraft, vindar och tidvatten, vilket alla leder till stor variation av mikroplastfördelningar (över rum och tid) i viken.

Resultaten av deras studie publicerades i Miljövetenskap och teknik akademisk Journal.

Projektet leddes av Jonathan Cohen och Tobias Kukulka, docent vid College of Earth, Hav och miljö (CEOE), samt CEOE-masterstudenterna Anna Internicola och R. Alan Mason.

Cohen sa att eftersom detta är ett område av stort allmänt intresse, med eventuella statliga regleringar av mikroplaster i framtiden, det är avgörande att det finns vetenskap att basera politiskt och ekonomiskt viktiga beslut på.

"Om dessa beslut kommer att ske och allmänheten kommer att behöva väga in dem, det måste finnas vetenskap som besluten kan baseras på, ", sa Cohen. "Det är en ganska stark motivationsfaktor för oss."

Kompletterande expertis

Arbetet startade 2016 med ett minibidrag från Delaware Sea Grant för att bedöma mikroplaster i Delaware Bay, vilket ledde till ett tvåårigt anslag för att bedöma effekten mikroplaster har på ekologin i Delaware Bay.

Kukulka och Cohen har kompletterande expertis och forskningsmetoder, med Cohen fokuserade på biologi och fältarbete och Kukulka fokuserade på de fysiska aspekterna av oceanografi och modelleringsarbetet.

Cohen och Internicola mätte distributionen av mikroplast från 16 provtagningsplatser över Delaware Bay, allt från strax ovanför Delaware Memorial Bridge i Wilmington till utanför buktens mynning. Stationerna täcker området som omfattar där viken är sötvatten till där viken möter Atlanten.

Forskarna använde ett nät för att få ytprover, bogsera nätet vid ytan och använda en flödesmätare inuti nätet för att indikera hur mycket vatten som provades. De sköljde sedan nätet, bevarade proverna i en glasbehållare och förde dem tillbaka till labbet.

Kemiska metoder i labbet gjorde det möjligt för forskarna att separera plasten från den organiska genom att lösa upp det organiska materialet och lägga prover i en saltlösning där plasten skulle flyta och den organiska sjunka.

Kukulka och Mason tog sedan data från proverna och kopplade in den i sina hydrologiska modeller.

Genom att kombinera observationsdata med tidvatten-, vind- och flytkraftsdrivna modeller för att simulera distributionen av mikroplast, de kunde extrapolera resultaten till en större del av Delaware Bay och bestämma hur partiklar rör sig inom viken, lämna viken eller ackumuleras i ytkonvergensregioner.

Cohen sa att provtagnings- och modelleringsmetoden talar om hur marin vetenskap bedrivs.

"Det handlar inte bara om att åka på båtar och samla en hink med vatten eller doppa ett nät, ", sa Cohen. "Det handlar om att kombinera det du kan lära av det med vad du kan lära dig av dessa numeriska tillvägagångssätt."

Kukulka höll med, säger att det är fantastiskt att kunna kombinera fältsamplingsdata med modelleringen.

"Det är utmanande att göra observationer över hela bukten, och provtagning är tidsbegränsad och begränsad till en specifik plats, " sa Kukulka. "Vi fick inte riktigt en bred ögonblicksbild över hela bukten med provtagning, men med modelleringen, vi kan se den tidsmässiga variationen och hela den rumsliga täckningen av plast."

Salthaltsfronter

I området där det färskare vattnet från Delawarefloden möter det saltare vattnet i Atlanten, forskarna observerade salthaltsfronter, med färskvatten på toppen och saltare vatten på botten. Nära sådana fronter, ytströmmar kan konvergera.

Kända som konvergenszoner, forskarna hittade mikroplaster i höga koncentrationer i dessa områden.

UD doktorand Anna Internicola rengör ett ringnät som används för att samla in prover av mikroplast från Delaware Bay.

UD doktorand Anna Internicola rengör ett ringnät som används för att samla in prover av mikroplast från Delaware Bay.

"Vad vi finner i simuleringen är att vi har regioner med mycket höga koncentrationer, mycket högre än utanför dessa konvergenszoner, sa Kukulka.

Eftersom den flytande mikroplasten flyter ovanpå vattnet, de påverkas också och ackumuleras i områden på grund av tidvattnet och vinden. Plast rör sig inom tidvattencykeln fram och tillbaka när tidvattnet rör sig in och ut ur viken, orsakar enorm platsvariation under en tidvattencykel, speciellt om en forskare mäter precis innanför eller utanför dessa hotspots.

"Du kan stanna på en given plats och prova en given plats eller station, men det där materialet kommer inte alltid att finnas där, " sa Cohen. "Det kommer att röra sig med tidvattnet, och så att du kan vara vid en given station och baserat på simuleringarna, man kunde se en tusenfaldig förändring i koncentrationerna."

Fördelningen av plasten beror också på vindkraften, med en stark vind som flyttar mikroplast till olika delar av viken.

"Om vi ​​känner till forceringen, vi kan göra välgrundade gissningar om var vi kan förvänta oss plast och var de sannolikt kommer att samlas, sa Kukulka.

Nästa steg

När det gäller projektets nästa steg, de skulle vilja definitivt avgöra hur länge mikroplaster stannar i viken och om de hamnar vid stränderna i New Jersey och Delaware eller om de är fångade i viken.