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每日科普|四百五十年不降解,乱丢弃口罩危害到底有多大?

2021-09-09  小小书法家

疫情肆虐反复,戴口罩出门已经变成了一种保护他人和自己的生活习惯,但“隐患”也随之而来……随意丢弃的口罩或将引发一场“环保战役”!

口罩可不是简单的布,而是塑料制品

医用外科口罩罩体由内外两层无纺布加中间一层熔喷布组成,其外层具有防飞沫作用,中间层起过滤作用,内层主要是吸收佩戴者释放出的液体和湿气。

医用口罩的常用结构(图片来源:参考文献[1])

无纺布和熔喷布都属于非织造布,原料是聚丙烯专用树脂,是由处于熔融状态下的聚合物,经特定工艺喷丝而成纤维,而后经热黏合或者自身黏合加固而成。

熔喷布是口罩的“心脏”,由高熔融指数的聚丙烯制成,纤维也更细。直径为0.1~2微米的聚丙烯纤维制成的熔喷布孔隙率高、透气性能好、过滤阻力低。熔喷布经过驻极处理可使纤维带电荷,当包含病毒的飞沫靠近熔喷布时,会被静电吸附在表面,从而达到防护的目的。

熔喷布纤维结构(图片来源:参考文献[2])

口罩随意丢弃危害大

目前,人类社会高度依赖塑料,包括聚丙烯在内的塑料制品充斥着生活的方方面面。据报道,每年有超过八百万吨的塑料垃圾进入海洋,陆地上可见的白色污染更是比比皆是。

在与新冠病毒抗争期间,口罩、防护服、手套等医疗用品使用量陡增。按照每人每天使用一个口罩进行估算,全球每月将产生1290亿个废弃口罩。如果口罩被随意丢弃在自然环境中,可能需要几百年才能被降解。不仅如此,它们还会对环境、动物甚至人类自身带来长期影响。因为外形和水母相似,海洋中漂浮的口罩会被其他生物误食。2020年9月,人们在巴西海滩上就曾发现一具企鹅尸体,解剖后在其胃中发现了一只口罩。

胃中有一只口罩的企鹅(图片来源:中国国际电视台)

塑料污染的危害远不止这些,在光照、海浪冲击、侵蚀、风化等外界作用下,塑料制品会被分解成细小到人眼无法分辨的微塑料,而微塑料对海洋、淡水、陆地等生态环境的影响同样不容小觑。

微塑料虽小,危害却很大

曾经我们认为天空中没有飘着白色塑料袋,水面上没有随波荡漾的饮料瓶,是我们治理塑料污染成果的佐证。当我们对塑料污染的认识越来越深入,那些看不到危害逐渐浮现于眼前。

水体中的微塑料会被浮游动物等摄入,随后跟随食物链进入鱼的身体中,导致它们发育迟缓,并且行为异常。而处于食物链顶端的人类,食用含有微塑料的动物后,会使其在人体中进一步富集。

鱼吃了塑料垃圾,人吃了鱼,形成生物积累(图片来源:Theoceancleanup)

微塑料在环境中分布之广泛可能远超我们的想象。2019年,美国斯克里普斯海洋研究所的学者对圣巴巴拉沿岸约580米深的海底沉积物岩心进行分析,在其中发现了大量微塑料,包括纤维、碎片、颗粒等。

海底沉积物中的塑料污染物(图片来源:参考文献[5])

来自加拿大海洋保育协会和英属哥伦比亚大学的研究人员在北极也发现了聚酯类微塑料纤维,其中大量的纤维通过北大西洋进入北极。

无论是纺织、洗衣废水直接排放出的微塑料纤维,还是随洋流漂流的被环境分解而成的微塑料,它们对北极的侵扰已经显而易见。

微塑料向北冰洋富集(图片来源:参考文献[6])

珠峰上的微塑料(图片来源:参考文献[7])

微塑料“上天入地”的本领已经令我们瞠目结舌,而最近一项关于农作物对微塑料的吸收的研究则更让人震惊。中科院烟台海岸带研究所的研究团队发现,作为模型作物的小麦和生菜的根、茎、叶中均都含有从废水中吸收的微塑料成分。

植物表皮孔隙相对较大,微塑料不容易进入,但是在植物新生侧根的边缘,有一些不起眼的狭缝,是微塑料进入植物的入口。随后在蒸腾作用的驱动下,微塑料颗粒从根被运送到芽中。

有研究表明,全球有约50%的人体内含有微塑料,呼吸、饮水、进食,都可能将微塑料摄入人体。虽然微塑料对人体健康的影响尚不明确,但是微塑料的污染问题已经迫在眉睫。

不怕不怕,办法总比困难多

只要有困难,就会有解决方法。人们曾找到用塑料代替象牙的方法,以保护大象免于被捕杀。如今,当塑料污染日渐危急时,我们也在不断寻找解决的办法。

面对日渐危急的塑料污染,科技为环境的保护提供了新的可能。针对口罩熔喷布的问题,研究人员设计合成了可生物降解的改性聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯熔喷料,新材料在保证过滤效果的同时,还能减少废弃口罩对环境的污染。

除此之外,研究学者还在自然界中寻找到了塑料的天敌。例如,可以消化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的细菌(Ideonella sakaiensis),有助于降解聚氨酯(PU)的塔宾曲霉菌(Aspergillus tubingensis),咀嚼和进食聚乙烯(PE)薄膜的蜡虫(印度谷螟幼虫)等。

可以吞食聚乙烯薄膜的蜡虫(图片来源:参考文献[9])

最近,西班牙巴塞罗那大学的研究人员在《科学报告》上发表的一项研究提出,可以利用海草场清除海洋中的塑料垃圾。作为温带物种,海草(P.oceanica)在秋天落叶,其叶鞘等残骸堆积在附近的海滩上。叶鞘中包含的木质纤维缠绕成球,被称为海草纤维球,它们能捕获塑料污染物,并将其带到岸边。每公斤海草纤维球中发现的塑料制品多达1470个,据此估计,地中海海草场的纤维球每年能捕获8.67亿个塑料污染物。

虽然被海草球带到岸边的塑料污染物后续还需要大量处理投入,但它们已经帮忙解决了很多问题。

海草球收集的塑料纤维(图片来源:参考文献[10])

微塑料污染现状虽然严峻,但是无论是人类还是自然,都在用积极的态度进行抗争。我们能做到的微小改变也有很多,从少用一个塑料袋到正确丢弃口罩,从正确认识微塑料到积极不恐慌的心态。

虽然我们很难做到完全不用塑料制品,但我们可以更环保地处理它们。

作者单位:北京航空航天大学

参考文献:

[1]医用口罩过滤材料的研究进展。

[2]聚丙烯材料在医用口罩中的应用。

[3]Lost at Sea: Where Is All the Plastic? https://science.sciencemag.org/content/304/5672/838 4. https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ 5. Multidecadal increase in plastic particles in coastal ocean sediments. https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaax0587. 6. Pervasive distribution of polyester fibres in the Arctic Ocean is driven by Atlantic inputs. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20347-1. 7. Reaching New Heights in Plastic Pollution—Preliminary Findings of Microplastics on Mount Everest. https://doi.org/10.1016/j.oneear.2020.10.020 8. Effective uptake of submicrometre plastics by crop plants via a crack-entry mode. https://doi.org/10.1038/s41893-020-0567-9. 9. Evidence of polyethylene biodegradation by bacterial strains from the guts of plastic-eating waxworms. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es504038a 10. Seagrasses provide a novel ecosystem service by trapping marine plastics. https://doi.org/10.1038/s41598-020-79370-3.

[4]https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/

[5]Multidecadal increase in plastic particles in coastal ocean sediments. https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaax0587.

[6]Pervasive distribution of polyester fibres in the Arctic Ocean is driven by Atlantic inputs. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20347-1.

[7]Reaching New Heights in Plastic Pollution—Preliminary Findings of Microplastics on Mount Everest. https://doi.org/10.1016/j.oneear.2020.10.020

[8]Effective uptake of submicrometre plastics by crop plants via a crack-entry mode. https://doi.org/10.1038/s41893-020-0567-9.

[9]Evidence of polyethylene biodegradation by bacterial strains from the guts of plastic-eating waxworms. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es504038a

[10]Seagrasses provide a novel ecosystem service by trapping marine plastics.

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