《Marine Pollution Bulletin》：Fingerprinting and modelling of the Toconao pellet spill in the Iberian Atlantic
编辑推荐：
为应对2023年12月“托科纳奥号”货轮塑料颗粒泄漏事件引发的环境危机，本研究整合化学指纹鉴定与拉格朗日粒子示踪模型，对泄漏颗粒进行化学/形态学表征，并模拟其物理输运与上岸过程。结果表明，泄漏颗粒为高添加剂含量的聚乙烯母粒，其形态、尺寸及化学指纹均不同于常规塑料颗粒。模型模拟显示，约40%的虚拟颗粒在泄漏后三周内抵达加利西亚海岸，五个月内约90%的颗粒在比斯开湾沿岸登陆。该研究通过跨学科方法，阐明了泄漏事件的扩散路径，为评估其长期环境影响及未来类似事件的应急管理提供了科学依据。
浩瀚的海洋曾被认为是能够无限容纳人类废弃物的“垃圾桶”，但时至今日，塑料碎片已成为海洋中最普遍、最难降解的污染物之一。特别是作为塑料工业原料的微小塑料颗粒，在全球海洋运输网络中，一旦因集装箱坠落等事故泄漏，便可能演变成一场集中、剧烈的局部环境灾难。2023年12月8日，货轮“托科纳奥号”在葡萄牙海域附近遭遇恶劣海况，失去了6个集装箱，其中一个装有超过13亿颗塑料颗粒。随后，这些颗粒及破损的包装袋出现在西班牙加利西亚海岸，迅速拉响了环境警报。然而，这些颗粒究竟会扩散到多远？它们对环境的影响有何特殊性？如何高效地进行清理和溯源？为了回答这些问题，一支由多学科科学家组成的研究团队，在西班牙科学理事会灾害与应急咨询协议框架下，迅速开展了行动，并将研究成果发表在《Marine Pollution Bulletin》上。他们的工作不仅旨在为此次危机管理提供直接的科学支撑，也为理解未来类似泄漏事件的规律与环境影响树立了范本。
为阐明此次泄漏事件的影响，研究人员采用了两种互补的技术路线。首先，他们对从泄漏事件中回收的颗粒样本进行了化学和形态学分析。样本由加利西亚地区政府提供，确保了其来源的唯一性。关键的分析技术是衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR），用于确定颗粒的聚合物类型和化学成分指纹。其次，为了模拟颗粒在海洋中的扩散路径，研究团队并行使用了两个开源的拉格朗日粒子示踪框架——TrackMPD和OpenDrift。这两个模型结合了来自哥白尼海洋服务的高分辨率海流与风场数据，模拟了虚拟颗粒在泄漏后约150天内的轨迹，并考虑了风漂移效应，以重现颗粒的输运和上岸过程。
研究结果
3.1. 化学和形态学表征
分析结果显示，“托科纳奥号”泄漏的颗粒并非普通的聚乙烯（PE）颗粒，而是一种“母粒”，其添加剂含量高达约10%。这种高添加剂含量使其化学和物理性质与纯净PE颗粒不同。红外光谱分析确认了PE的特征吸收峰，但在1800-500 cm-1波数区间内观察到了显著差异，这些差异归因于添加剂的存在，特别是受阻胺光稳定剂Tinuvin 622。
形态上，这些颗粒呈不规则的“礼帽”状，尺寸较小，约为2-3毫米，而常规PE颗粒通常为4-5毫米的扁豆状。这些独特的化学和形态特征构成了鉴别此次泄漏颗粒的“指纹”。
3.2. 开阔海域输运
模拟结果显示，大部分颗粒从泄漏点向东北方向移动。在第一个月内，颗粒轨迹呈现“J”形，先抵达伊比利亚半岛西北海岸，随后向北扩散至整个比斯开湾，甚至抵达法国西海岸。颗粒运动受到中尺度涡旋（如反气旋涡）的影响，部分颗粒曾暂时被困于涡旋中。
3.3. 海岸抵达
模拟准确地捕捉到了颗粒上岸的时间和地点。泄漏后约三周内（2023年12月13日和2024年1月3日），约40%的虚拟颗粒在两次主要的抵岸事件中到达加利西亚海岸，特别是穆罗斯-诺亚河口地区。随后的几个月里，颗粒继续扩散，最终在约五个月后，累计约90%的颗粒上岸，影响范围延伸至比斯开湾的西班牙北部海岸（如桑坦德至毕尔巴鄂）和法国西海岸。这些模拟结果与政府部门报告及公民科学目击数据在时间和空间上具有良好的一致性。
结论与讨论
本研究通过化学分析与数值模拟相结合，全面评估了“托科纳奥号”塑料颗粒泄漏事件的环境足迹。研究确认泄漏颗粒为高添加剂含量的聚乙烯母粒，具有独特的化学指纹和形态特征（尺寸小、形状不规则），这为未来在复杂海洋环境中溯源同类污染提供了鉴别依据。
模型模拟成功再现了颗粒的扩散路径和抵岸模式。泄漏后三周内约40%的颗粒上岸，五个月内这一比例升至约90%，主要影响了加利西亚海岸和比斯开湾沿岸。颗粒的输运主要受冬季伊比利亚极地流和西伊比利亚低盐羽状流等区域海洋动力过程控制。研究还指出，模拟中仍有一小部分（<10%）颗粒在模拟末期（2024年5月）仍停留在海中，可能在春季盛行风场影响下向南输运或进入北大西洋副热带环流。
讨论部分强调了整合化学指纹与输运模型的价值。它不仅帮助厘清了此次泄漏事件的影响范围，还排除了将2024年1月在加那利群岛发现的塑料颗粒与此事件直接关联的可能性，因为这些岛屿上的颗粒降解状态和组成与“托科纳奥”颗粒不符，且区域海流不可能在如此短的时间内实现跨纬度输送。此外，研究比较了模拟结果与后续的实地调查，发现穆罗斯-诺亚河口地区实地测得的颗粒污染水平较低，这可能反映了当地高效的清理工作成果，也暗示了该区域存在多来源的颗粒污染背景。
本研究具有重要的科学和实用意义。在科学上，它展示了如何利用多学科工具解析急性海洋塑料污染事件的命运。在实践上，它验证了在应急响应机制中快速部署科学模型的可行性，能为危机管理者提供及时、基于证据的决策支持。最后，该研究也与欧盟近期出台的关于预防塑料颗粒损失的法规精神相契合，为事故后的影响评估、溯源归责及响应策略制定提供了方法论范例。
