Varje år, cirka 8 miljoner ton plast läggs i världens hav. Särskilt oroande är mikroplast, material som finns i havsmiljön 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 en buffert mellan land, sötvattensmiljöer och det öppna havet där plastrester samlas. Trots att den utför denna kritiska funktion, flodmynningar och kustmiljöer har inte studerats omfattande för mikroplastprevalens och påverkan.

För att bättre förstå hur dessa miljöer påverkas av mikroplast, Forskare vid University of Delaware tittade på mikroplast i Delaware Bay, vilket är en tidvatten-, vind- och sötvattendriven estuarinmiljö.

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

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

Projektet leddes av Jonathan Cohen och Tobias Kukulka, docenter vid College of Earth, Ocean and Environment (CEOE), samt CEOE masterstudenter Anna Internicola och R. Alan Mason.

Cohen sa att eftersom detta är ett område av intensivt allmänt intresse, med eventuella statliga regler för mikroplast i framtiden, Det är kritiskt att det finns vetenskap att basera politiskt och ekonomiskt viktiga beslut på.

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

Kompletterande expertis

Arbetet startade 2016 med ett minibidrag från Delaware Sea Grant för att bedöma mikroplast i Delaware Bay, vilket ledde till ett tvåårigt bidrag för att bedöma vilken effekt mikroplast har på ekologin i Delaware Bay.

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

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

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

Kemiska metoder i laboratoriet tillät forskarna att skilja plasten från det organiska genom att lösa upp det organiska materialet och lägga prover i en salt lösning där plasten skulle flyta och det organiska skulle sjunka.

Kukulka och Mason tog sedan data från proverna och kopplade dem till deras hydrologiska modeller.

Genom att kombinera observationsdata med tidvatten-, vind- och flytdrivna modeller för att simulera distributionen av mikroplast, de kunde extrapolera resultaten till en större del av Delaware Bay och bestämma hur partiklar rör sig i 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 gå på båtar och samla en hink med vatten eller doppa ett nät, "Cohen sa." Det handlar om att kombinera vad du kan lära av det med vad du kan lära av dessa numeriska tillvägagångssätt. "

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

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

Salthaltsfronter

I området där färskare vatten från floden Delaware möter saltare vatten i Atlanten, forskarna observerade salthaltiga fronter, med färskt vatten ovanpå och saltare vatten på botten. Nära sådana fronter, ytströmmar kan konvergera.

Känd som konvergenszoner, forskarna hittade mikroplast i höga koncentrationer i dessa områden.

"Det vi hittar 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 tidvatten rör sig in och ut ur viken, orsakar enorm lokal variation över en tidvattencykel, särskilt om en forskare mäter precis inom eller utanför dessa hotspots.

"Du kan bo på en viss plats och prova en viss plats eller station, men det materialet kommer inte alltid att finnas där, "sa Cohen." Det kommer att röra sig med tidvattnet, och så kan du vara på en given station och baseras på simuleringarna, du kunde se en tusen gånger förändring i koncentrationerna. "

Plastens fördelning beror också på vindkraften, med en stark vind som flyttar mikroplast till olika delar av bukten.

"Om vi ​​känner till tvingandet, vi kan göra välutbildade 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 vill definitivt avgöra hur länge mikroplaster stannar i viken och om de hamnar vid New Jersey och Delaware eller om de är instängda i bukten.