Plast är den vanligaste typen av skräp som flyter i världshaven. Vågor och solljus bryter ner mycket av det till mindre partiklar som kallas mikroplaster – fragment mindre än 5 millimeter tvärs över, ungefär lika stor som ett sesamfrö.

För att förstå hur mikroplastföroreningar påverkar havet, forskare behöver veta hur mycket det finns och var det ackumuleras. De flesta data om mikroplastkoncentrationer kommer från kommersiella fartyg och forskningsfartyg som bogserar planktonnät – långa, konformade nät med mycket finmaskiga nät avsedda för insamling av marina mikroorganismer.

Men nättrålning kan bara ta prov på små områden och kan underskatta verkliga plastkoncentrationer. Förutom i norra Atlanten och norra Stilla havet - stora zoner där havsströmmar roterar, samlar flytande skräp – forskare har gjort väldigt lite provtagningar för mikroplaster. Och det finns knapphändig information om hur dessa partiklars koncentrationer varierar över tiden.

För att ta itu med dessa frågor, University of Michigan forskningsassistent Madeline Evans och jag utvecklade ett nytt sätt att upptäcka mikroplastkoncentrationer från rymden med hjälp av NASA:s Cyclone Global Navigation Satellite System. CYGNSS är ett nätverk av åtta mikrosatelliter som lanserades 2016 för att hjälpa forskare att förutsäga orkaner genom att analysera tropiska vindhastigheter. De mäter hur vinden ruggar upp havets yta – en indikator som vi insåg också kunde användas för att upptäcka och spåra stora mängder mikroplast.

Letar efter släta zoner

Den årliga globala produktionen av plast har ökat varje år sedan 1950-talet, nådde 359 miljoner ton 2018. Mycket av det hamnar öppet, okontrollerade deponier, där den kan skölja in i floddräneringszoner och slutligen ut i världshaven.

Forskare dokumenterade först plastrester i haven på 1970 -talet. I dag, det står för uppskattningsvis 80% till 85% av marint skräp.

Radarerna på CYGNSS-satelliter är designade för att mäta vindar över havet indirekt genom att mäta hur de ruggar upp vattenytan. Vi visste att när det är mycket material som flyter i vattnet, vindar gör det inte så mycket. Så vi försökte beräkna hur mycket jämnare mätningar indikerade att ytan var än den borde ha varit om vindar med samma hastighet blåste över klart vatten.

Denna avvikelse - den "saknade grovheten" - visar sig vara mycket korrelerad med koncentrationen av mikroplaster nära havsytan. Uttryckt på ett annat sätt, områden där ytvattnet verkar vara ovanligt slätt innehåller ofta höga koncentrationer av mikroplast. Jämnheten kan orsakas av själva mikroplasterna, eller möjligen av något annat som är förknippat med dem.

Genom att kombinera alla mätningar som görs av CYGNSS-satelliter när de kretsar runt världen, vi kan skapa globala time-lapse-bilder av mikroplastkoncentrationer i havet. Våra bilder identifierar lätt Great Pacific Garbage Patch och sekundära regioner med hög mikroplastkoncentration i Nordatlanten och de södra haven.

Spåra mikroplastflöden över tid

Eftersom CYGNSS spårar vindhastigheter konstant, det låter oss se hur mikroplastkoncentrationer förändras över tiden. Genom att animera ett års värde av bilder, vi avslöjade säsongsvariationer som inte tidigare var kända.

Vi fann att globala mikroplastkoncentrationer tenderar att nå sin topp i Nordatlanten och Stilla havet under sommarmånaderna på norra halvklotet. juni och juli, till exempel, är toppmånaderna för Great Pacific Garbage Patch.

Koncentrationerna på södra halvklotet når sin topp under sommarmånaderna januari och februari. Lägre koncentrationer under vintern i båda halvkloten beror sannolikt på en kombination av starkare strömmar som bryter upp mikroplastplymer och ökad vertikal blandning – utbytet mellan ytvatten och djupare vatten – som transporterar en del av mikroplasten ner under ytan.

Detta tillvägagångssätt kan också riktas mot mindre regioner under kortare tidsperioder. Till exempel, vi undersökte episodiska utflödeshändelser från mynningen av Kinas Yangtze- och Qiantangfloder där de mynnar ut i Östkinesiska havet. Dessa händelser kan ha varit förknippade med ökad industriell produktionsaktivitet, eller med ökningar i takten med vilken förvaltarna lät floderna rinna genom dammar.

Bättre inriktning för sanering

Vår forskning har flera möjliga användningsområden. Privata organisationer, som The Ocean Cleanup, en ideell organisation i Nederländerna, och Clewat, ett finskt företag som specialiserat sig på ren teknik, använda speciellt utrustade fartyg för att samla in, återvinna och kassera marint skräp och skräp. Vi har påbörjat samtal med båda grupperna och hoppas så småningom kunna hjälpa dem att distribuera sina flottor mer effektivt.

Våra rymdburna bilder kan också användas för att validera och förbättra numeriska förutsägelsemodeller som försöker spåra hur mikroplast rör sig genom haven med hjälp av havscirkulationsmönster. Forskare utvecklar flera sådana modeller.

Medan de ojämnheter i havet som vi observerade korrelerar starkt med mikroplastkoncentrationer, our estimates of concentration are based on the correlations that we observed, not on a known physical relationship between floating microplastics and ocean roughness. It could be that the roughness anomalies are caused by something else that is also correlated with the presence of microplastics.

One possibility is surfactants on the ocean surface. These liquid chemical compounds, which are widely used in detergents and other products, move through the oceans in ways similar to microplastics, and they also have a damping effect on wind-driven ocean roughening.

Further study is needed to identify how the smooth areas that we identified occur, and if they are caused indirectly by surfactants, to better understand exactly how their transport mechanisms are related to those of microplastics. But I hope this research can be part of a fundamental change in tracking and managing microplastic pollution.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.