Professor Rob Hale vid William &Mary's Virginia Institute of Marine Science är huvudförfattare till ett nytt "Grand Challenges"-dokument som beställts för att markera 100-årsjubileet av American Geophysical Union, världens största sammanslutning av jord- och rymdforskare med mer än 60, 000 medlemmar i 137 länder.

Pappret, "Ett globalt perspektiv på mikroplaster, " är medförfattare av VIMS doktorand Meredith Seeley och senior forskare Dr. Mark LaGuardia, tillsammans med Drs. Lei Mai och Eddy Zeng från Jinan University i Guangzhou, Kina.

"Mikroplaster" är mikroskopiska partiklar tillverkade för produkter som ansiktsskrubb, eller produceras när det är fysiskt, kemisk, och biologiska krafter bryter ner större bitar av plastskräp. Det har funnits en utbredd oro bland forskare och allmänheten att dessa små syntetiska fragment påverkar marina ekosystem.

AGU:s verkställande direktör/VD Chris McEntee säger att Grand Challenges "representerar en speciell samling av granskningsdokument med öppen tillgång med det gemensamma målet att omvandla jord- och rymdvetenskapen för att möta dagens utmaningar och morgondagens möjligheter. De utforskar var viktig forskning och upptäckter behövs för att ta itu med grundläggande frågor i vår förståelse av jorden och solsystemet."

Inte bara ett havsproblem

Lagets tidning visas i januarinumret av Journal of Geophysical Research:Oceans , men Hale är snabb med att betona att mikroplast är ett problem även utanför den marina miljön.

"Det är inte bara ett havsproblem, " säger Hale. "Det finns växande bevis för att mikroplaster är fördelade över landytan och i luften. Vi öppnar äntligen upp de andra lådorna och upptäcker ett ganska stort fotavtryck."

Verkligen, den breda karaktären hos mikroplasthotet är ett huvudfokus i författarnas manuskript. "Vi betonar att mikroplast är ett globalt fenomen som inte kan förstås eller åtgärdas på ett adekvat sätt i enbart den marina miljön, " säger Hale. "Plaster produceras, Begagnade, och kastas på land, och sprids genom jordar, floder, och atmosfären. Katten är redan ur påsen om du pratar om att hantera dessa material efter att de har nått havet."

Forskarna noterar att frågans globala omfattning sträcker sig även till den sociala sfären. "Vi måste inse att mikroplastföroreningar är ett internationellt problem som inte respekterar politiska gränser, " säger Seeley. "Som med klimatförändringar och arthantering, utvecklade och framväxande länder kommer att behöva samarbeta för att hitta rättvisa lösningar."

All plast är inte densamma

Ett andra mål med artikeln är att få ett bredare erkännande att "plast" är en sammanfattande term för en komplex uppsättning material som varierar i kemisk sammansättning, storlek, textur, och form – inklusive pellets, fragment, och fibrer. Ytterligare komplexitet är att plast ofta infunderas med tillsatser, inklusive flamskyddsmedel och UV-hämmare, som i sig kan ha miljö- och hälsoeffekter.

"Folk antar ofta att all plast är likadan och beter sig identiskt i miljön, säger Hale, "men så är det inte alls. För att lösa nyckelfrågor och mildra möjliga konsekvenser, alla — tillverkare, vetenskapsmän, vårdspecialister, ingenjörer, ekonomer, beslutsfattare, och andra – måste samarbeta för att bättre förstå sammansättningen och naturen hos plastprodukter och deras tillsatser."

Forskarna betonar också att egenskaperna hos mikroplaster kan och förändras under och efter användning. "Komplexiteten hos mikroplaster blir ännu mer invecklad när de väl kommer in i miljön och börjar blandas och vädras, " säger LaGuardia. "Vi måste bättre förstå dessa komplexiteter, speciellt i övergångszoner som flodmynningar."

För att få den förståelsen, författarna rekommenderar forskarsamhället att gå bortom studier av enskilda livsmiljöer, storleksintervall, polymertyper, eller former; och till mer holistiska studier av mikroplasternas föränderliga egenskaper och deras inverkan på ekosystemens hälsa och processer.

Ett behov av bättre verktyg

Forskarnas tredje huvudbudskap är att en omfattande förståelse av mikroplastfrågan, och de mest effektiva svaren, kommer att kräva bättre analysverktyg.

"För att förstå de verkliga effekterna av mikroplast, säger Hale, "vi måste förbättra våra samplings- och analysmöjligheter, inklusive förmågan att studera nanoplast och väderbitna material." Nanoplast är partiklar ännu mindre än mikroplaster, med storlekar från 1 nanometer till 1, 000 nanometer eller en mikron. En DNA-sträng är cirka 2,5 nanometer i diameter.

Hale säger att de senaste instrumenten, såsom FTIR och Raman mikroskop, "ger riktigt bra information när du nollställer en enda mikroplastpartikel." Problemet, han säger, är att många prover innehåller tusentals olika partiklar, och många av dessa partiklar är verkligen, riktigt liten.

"Det finns en frånkoppling, " säger Hale. "Mycket av vår teknik kan inte komma ner till saker under 10 mikron, och när det gäller effekter på organismer, vi tror att mindre partiklar kan vara mer giftiga." Försöker överbrygga detta gap, VIMS fick nyligen finansiering från NOAA Marine Debris-programmet för att undersöka interaktioner mellan partiklar mindre än 10 mikron och infektionssjukdomar hos fisk.

Effekter på människors hälsa?

Författarnas oro angående mikroplast sträcker sig till potentiella effekter på människors hälsa.

"Det har funnits oro för att få i sig mikroplaster från skaldjur, men inomhusmiljön är vårt största direkta hot, " säger Hale. "Många människor i utvecklade länder tillbringar nästan all sin tid inomhus, i utrymmen som blir alltmer lufttäta och isolerade med saker som polystyrenskum. Vår exponering för mikroplaster från andning och intag av damm inomhus kan få toxikologiska konsekvenser, men det har gjorts väldigt lite forskning."

För att ta itu med dessa problem, Hale och kollegor på VIMS skaffar en masspektrometer för flygtiden, vilket förhoppningsvis gör det möjligt för dem att bättre analysera kemiska föroreningar associerade med mikroplaster, samt de som finns i andra miljöprover.

"Detta kommer att hjälpa oss att börja leta efter alla dessa okända tillsatser i plast och öppna upp Pandoras låda lite bättre, " säger Hale. "Jag tror att det är där handlingen verkligen är när det gäller människors hälsa."