Flyger någonstans över planeten, det finns ett plan utrustat med forskningsklass, dubbelhäftande tejp på utsidan av skrovet. Varje gång piloten landar planet, han tar bort tejpen, förseglar det i ett paket, och byter ut den mot en ny innan han lyfter igen. Han postar sedan paketet till Scripps Institution of Oceanography vid UC San Diego, vård av Dimitri Deheyn, Biträdande forskare.

Tittar på tejpen under ett mikroskop, Deheyn ser vad han letar efter:mikrofibrer, fastnat på limmen.

Mikrofibrer är en undergrupp av mikroplaster, små bitar av petroleumbaserade material som bryts ner från större plastbitar eller tillverkas i sina mikroskopiska storlekar:mindre än 5 millimeter i diameter. Fibersträngarna – ungefär fem gånger tunnare än ett människohår – används vid textiltillverkning; de tappar våra kläder när de bärs, under tvätt och torkning, flyter ut i vattendrag och driver upp i luften.

Deheyn arbetar tillsammans med Robert DeLaurentis (alias Zen Pilot) på en studie som analyserar den globala distributionen och koncentrationen av mikrofibrer. Han säger att den bästa vetenskapen ibland involverar den enklaste tekniken:i det här fallet, dubbelsidig tejp. För varje del av hans 30-etappsflygning från Nordpolen till Sydpolen, DeLaurentis kommer att ha ett prov till Deheyn.

"Det kanske inte ger oss absoluta siffror, men det kommer åtminstone att ge oss en bra ledtråd om vilka typer av partiklar som finns i atmosfären, ", sa Deheyn. "Och det kommer att vara första gången sådana här prover har samlats runt om i världen."

Dessa prover kommer att lägga till Deheyns nuvarande forskning, som har avslöjat mikrofibrer i Arktis, i Amazonas, i de mest avlägsna och djupaste delarna av havet. I stort sett överallt där han har provtagit eller fått prover från.

"Efter att ha hittat mikrofibrer i vattenprover från hela världen, det var tydligt att en huvudväg för kontaminering måste gå genom atmosfären, " sa Deheyn. "Men som en marinbiolog som är van vid att samla prover under vattnet, Jag hade uppenbarligen ingen aning om hur man skulle ta luftprover på höga höjder runt om i världen."

Slutet på ett krig, början på en era

Senaste Scripps Ph.D. akademiker Jenni Brandon tar ut ett havsbottenprov i Scripps Geological Collections. Det togs från offshore södra Kalifornien i Santa Barbara Basin. Dess innehåll representerar en bit av geologisk historia, sediment som går 200 år tillbaka i tiden.

Brandon använde denna och andra kärnor i en nyligen genomförd studie där hon fann att mängden plast som ackumuleras i miljön har exploderat sedan andra världskrigets slut. Den kraftiga exponentiella ökningen matchar en ökning av plastproduktionstakten över hela världen och en ökning av Kaliforniens kustbefolkning under samma tidsperiod. Forskargruppen noterade att sedan 1940-talet har mängden mikroskopisk plast fördubblats ungefär vart 15:e år.

"Plastproduktion kopieras nästan perfekt i vårt sedimentära register. Vår kärlek till plast är faktiskt kvar i vårt fossila register, " sa Brandon.

Uppkomsten av plast som började 1945 – när världen återhämtade sig från kriget – skulle kunna fungera som en proxy för en tidsperiod inom den antropocen som forskare har kallat "den stora accelerationen". Forskare definierar antropocen som den nuvarande geologiska tidsåldern, under vilken mänsklig aktivitet har varit det dominerande inflytandet på planeten.

Före den "stora accelerationen, " forskare hade uppskattat att mellan 4,8 och 12,7 miljoner ton plastavfall kommer ut i havet varje år. Eftersom mängden plastavfall tenderar att följa med befolkningen, Brandon och medförfattare förutser att kustnära områden kan bära en oproportionerligt stor börda av denna infusion av plast när befolkningstillväxten vid kusten fortsätter att accelerera.

Brandons studie är den första i sitt slag genom att den undersökte ackumulering av plast över tid på en plats som gav forskare möjlighet att lösa trenden i detalj, och är bland flera som illustrerar hur genomgripande plastföroreningar är i de globala haven.

Att få rätt siffror

Att peka ut början på vårt plastiska övergrepp på miljön var inte den enda ögonöppnaren för Brandon. I en separat studie, Brandon hittade det geléliknande, filtermatande marina ryggradslösa djur som kallas salps intar minimikroplast; dessa bitar av ultrasmå bitar av föroreningar hade tidigare flugit under forskarnas radar.

Även om det inte är någon överraskning att dessa organismer äter plast, Brandon blev förvånad över den stora volymen mikroplaster som tidigare saknats:ungefär en miljon gånger mer än man tidigare trott.

Analysera havsvattenprover, Bandon hittade några av de minsta räknebara mikroplasterna i ythavsvatten i mycket högre koncentrationer än tidigare uppmätt. Hennes metod visade att det traditionella sättet att räkna marin mikroplast sannolikt saknade de minsta partiklarna.

I genomsnitt, Brandon uppskattar att havet är förorenat av 8,3 miljoner bitar minimikroplast per kubikmeter vatten. Tidigare studier som mätte större plastbitar fann endast 10 bitar per kubikmeter.

Brandon slog sig ihop med medförfattaren Linsey Sala, insamlingsansvarig för Scripps Pelagic Invertebrate Collection, en av världens framstående samlingar av marint zooplankton som går tillbaka till 1903. Brandon dissekerade salper som samlats in under flera år av havsgående expeditioner och långtidsövervakningsnätverk över norra Stilla havet.

Av de 100 salper som Brandon undersökte från vattenprover som samlades in 2009, 2013, 2014, 2015 och 2017, 100 procent hade minimikroplaster i magen. Resultaten chockade Brandon.

"Jag trodde definitivt att några av dem skulle vara rena eftersom de har en relativt snabb tarmrensningstid, " sa Brandon, notera att tiden det tar en salp att konsumera och göra avföring av mat är mellan två till sju timmar. Som filtermatare, salper äter nästan alltid.

Plast i salps magar kan resa uppåt i näringskedjan till varelser som livnär sig på dem, inklusive havssköldpaddor och kommersiellt fångad stenfisk och kungskrabba. Så småningom, dessa minimikroplaster kan vara på väg in i människor.

"Ingen äter salper, men det är inte långt borta i näringskedjan från de saker du äter, " sa Brandon.

BÄSTA vägen framåt

Förbunden med rep och nedsänkt under vattnet utanför Scripps-piren, plastprover bryts långsamt ned. De två experimenten ägs av olika laboratorier men är en del av försöken att förstå samma process:hur plast bryts ned.

På ena sidan av piren, Deheyn och postdoktorn Sarah-Jeanne Royer övervakar petroleumbaserade och cellulosa (träfiber) mikrofibrer.

Royer kontrollerar rutinmässigt statusen för dessa fibrer. En postdoktor i Deheyns labb, hon arbetar med industrin för att hitta nya hållbara alternativ för fibrer. Denna forskning är etablerad genom BEST-initiativet, en plattform grundad av Deheyn som underlättar samspelet mellan industri och akademi för att ge ett utrymme för samarbete.

Nyckeln till denna studie var att förvärva råmaterialfibrer skapade från populära kemiska bearbetningsmetoder som i slutändan kan påverka fiberns biologiska nedbrytbarhet, som har implementerats framgångsrikt med fiberproducenter som den Österrike-baserade Lenzing Group. Forskarna hoppas kunna ta itu med två grundläggande frågor:vilka jungfruliga material som bryts ned i den marina miljön, och vilken process i försörjningskedjan som förändrar nedbrytningen av textilier.

Deheyn planerade från början inte att studera mikroplast; han är faktiskt specialiserad på biofluorescens. Men han märkte konstiga material som glödde i hans prover. I början, han trodde att de bara var repor på linsen, men han upptäckte att de faktiskt var mikrofibrer.

Deheyns observation av fluorescerande föroreningar ledde till nya möjligheter. Han och forskare vid UC San Diego Jacobs School of Engineering har använt fluorescens för att utveckla ny teknik för att upptäcka mikroplaster som filtrerats från vattenprover.

Tekniken, utvecklad av ingenjörsstudenten Jessica Sandoval, kallas Automated Microplastics Identifier (AMI). Protokollet syftar till att ersätta manuell räkning med ögat med automatiseringsprocesser som identifierar fibrerna. Forskare avbildar först filtren under UV-belysning, så att plasten fluorescerar. Sandoval utvecklade mjukvara för att kvantifiera mängden plast på varje filter och för att även generera information om plastens egenskaper med hjälp av bildigenkänning.

"Det är ett spännande första steg, använda automationsteknik för att hjälpa till med övervakningen av denna vanliga marina förorening, sade Sandoval, som började utveckla denna teknik som student vid UC San Diego. "Med sådan teknik, vi kan lättare bearbeta prover från hela världen och skapa en bättre förståelse för distribution av mikroplast."

Deheyn använder denna teknik för att analysera vattenprover som har tagits från Scripps-piren sedan 1970-talet. Dessa prover analyseras för mikrofiberkoncentration för att fastställa hur mängden av denna förorening har förändrats över tiden. Denna forskning kommer också att visa vilka typer av fibrer som är minst biologiskt nedbrytbara, och kring vilken period under de senaste 50 åren denna speciella plastförorening blev märkbar.

På andra sidan piren, post-konsumentplaster som vattenflaskor och yoghurtbägare samlar marina mikrober. Dessa organismer hjälper till att bryta ner plast, och Scripps biologiska oceanograf Jeff Bowman är en del av en grupp som arbetar för att förstå hur, och vilka mikrober som är viktigast.

Bowman arbetar med San Diego-baserade National University på projektet CUREing Microbes on Ocean Plastics, ett program som använder kursbaserade grundforskningsupplevelser (CUREs) för att centrera studenternas lärande kring verkliga problem. Finansieras av National Science Foundation, Programmet är inriktat på plast, specifikt simulerar plastskräp i havet och studerar mikroberna som bryter ner dem. Studenter blir en del av forskargruppen för att hjälpa till att svara på frågorna kring mikrober och plastnedbrytning.

Varannan månad under det senaste och ett halvt året, en ny klass från National University har besökt Scripps för att kontrollera plasten från piren. Med hjälp av dessa prover, Bowman och andra forskare lär dem om marin mikrobiologi och utbildar dem om plastföroreningar. De prover och data som studenterna samlar in under dessa sessioner införlivas sedan i deras kurser för terminen.

Doktorander i Bowman Lab utför senare mer detaljerade analyser av proverna för att bygga upp ett bibliotek av gensekvenser av bakterier som bygger upp på havsplast. De hoppas kunna lära sig mer om det marina mikrobiella samhällets förmåga att bryta ned plast, och hur denna förståelse sedan skulle kunna tillämpas för att bryta ned plast i industriell skala.

"Havsplast är en enorm miljöutmaning, men också en unik utbildningsmöjlighet, ", sa Bowman. "Studenterna hör om havsplaster i nyheterna och kan se problemet när de besöker lokala stränder. Vi kan utnyttja detta för att bygga en förståelse för mikrobernas roll i det marina systemet, och hur mikrober kan vara en del av detta århundrades stora miljölösningar."

Trots den breda forskningen om detta ämne, forskare betonar att vi fortfarande har mycket att lära om mikroplasternas effekter på miljön, och i slutändan oss. Med tanke på rubriker som hävdar att det snart kommer att finnas mer plast i havet än fisk, det är forskning som vetenskapssamfundet, och samhället i stort, är sugen på att utforska.

"Detta är bara början på vår förståelse om "plastens biologi." De är överallt, i luften vi andas, vattnet vi dricker, maten vi äter, " sa Deheyn. "Så, vi behöver lära oss att leva med dem runt omkring oss och inom oss. Dock, medan de grundläggande vetenskapliga frågorna bearbetas, nyckelfrågan som ett samhälle är fortfarande dåligt åtgärdad:varför fortsätter vi att tillverka material som inte försämras och som fortsätter att ackumuleras i så överflöd att de kväver våra ekosystem?"