热带和温带大西洋中微粒（microlitter）的来源与分布

《Environmental Pollution》：Sources and distribution of microlitter in the tropical and temperate Atlantic Ocean

大西洋microlitter分布研究显示，沿巴西至直布罗陀的8000公里航线采集的52个样本中，大颗粒（≥315μm）以纤维素纤维为主（占比90.46%），小颗粒（10-315μm）以碎片为主（占比95.57%）。OpenDrift模型结合GLORYS海洋数据表明，西非经赤道暖流分支向北大西洋扩散是主要来源，北半球纤维素纤维浓度显著高于南半球，可能与人口密度和工业活动相关。

　　

斯蒂芬妮·宾斯特iel（Stéphanie Birnstiel）| 迈克尔·格雷劳德（Micha?l Grelaud）| 卡洛斯·E.P. 特谢拉（Carlos E.P. Teixeira）| 安德烈亚·吉尔赫梅（Andreia Guilherme）| 克劳迪娅·洛伦兹（Claudia Lorenz）| 杰斯·沃勒森（Jes Vollertsen）| 保拉·索布拉尔（Paula Sobral）| 杰拉尔德·兰格（Gerald Langer）| 帕特里齐亚·齐维里（Patrizia Ziveri）

巴塞罗那自治大学环境科学与技术研究所（ICTA-UAB），西班牙巴塞罗那

摘要

海洋微塑料在海洋中广泛存在，并且已知会在北大西洋和南大西洋环流中积累。然而，对连续样带进行采样并提供高空间分辨率的研究主要是描述性的，且非常稀少。本研究的目的是利用船载泵吸系统，评估大西洋热带至温带地区的微塑料分布情况。从巴西（萨尔瓦多）到直布罗陀海峡共收集了52个样本，从而确定了微塑料的积累区域。基于GLORYS海洋模型提供的海洋流速和方向数据，使用OpenDrift扩散模型确定了微塑料的潜在传播路径和来源。较大颗粒（≥315 μm）的平均丰度为1.49 ± 1.11个/立方米，主要由纤维素纤维（90.46%）组成；较小颗粒（10–315 μm）的平均丰度为20.63 ± 18.76个/立方米，主要由碎片（95.57%）组成。北半球的纤维素纤维丰度高于南半球，这可能是由于北半球人口更多、工业活动更密集，以及北大西洋环流的积累机制所致。微塑料丰度最高的区域位于赤道附近、巴西以及我们研究路线上的10°N附近。扩散模型显示，大多数微塑料来自西非，主要通过赤道洋流的不同分支传播，同时也有来自巴西北部和伊比利亚半岛的补充输入。

引言

据估计，每年约有1100万吨塑料垃圾进入海洋（Jambeck等人，2015年），导致海面上漂浮着5.25万亿个塑料碎片（Eriksen等人，2014年）。海洋塑料通常分为五类：巨型塑料（>1米）、大型塑料（25毫米–1米）、中型塑料（5–25毫米）、微型塑料（<5毫米）和纳米塑料（<1微米；Kershaw等人，2019年）。微型塑料可以通过微粒形式进入环境（初级微型塑料），或者由较大颗粒分解产生（次级微型塑料；Cole等人，2011年）。其降解过程可以是非生物性的（如化学和机械作用），也可以是生物性的（由微生物降解；Andrady，2011年）。微型塑料在海洋环境中的分布并不均匀，从沿海水域到深海和深渊都有发现（Taylor等人，2016年；Peng等人，2018年；Bank，2022年）。一旦进入海洋，它们会受到风、波浪、洋流、小尺度环流特征和生物相互作用等多种扩散过程的影响，从而决定其最终命运（Tursi等人，2022年）。 塑料工业生产的5300种合成聚合物含有多种化学添加剂，如增塑剂、阻燃剂、抗氧化剂和其他稳定剂、促氧化剂、表面活性剂、无机填料或色素等，这些添加剂在塑料制造过程中被添加以提高其质量和性能（Jacquin等人，2019年）。由于塑料的疏水性，它们能够从环境中吸附各种化合物（Avio等人，2015年），例如持久性、生物累积性和有毒物质（PBTs）、金属和持久性有机污染物（POPs；Mato等人，2001年；Barboza & Gimenez，2015年）。这些物质可能从塑料中渗出到周围海水中，或在生物体内积累后释放，对海洋环境和野生动物构成威胁（Engler，2012年；Suhrhoff & Scholz-B?ttcher，2016年）。 超过1400种海洋物种与海洋塑料垃圾发生相互作用（Claro等人，2019年），要么直接吞食（通常误将塑料垃圾误认为是猎物），要么通过食物链传递（Sharma & Chatterjee，2017年）。这些相互作用可能导致物理伤害（如被塑料垃圾缠绕），以及内部阻塞和因吞食而引起的中毒（Koelmans等人，2014年）。这些颗粒的食物链传递已在许多海洋生物中得到证实，从浮游动物和贝类到大型鱼类、鸟类和哺乳动物，最终可能进入人类食物链（Carbery等人，2018年；Jeong等人，2024年）。除了吞食外，人类还可能通过吸入和皮肤接触暴露于微型塑料，从而导致各种健康问题（Tursi等人，2022年）。 大西洋被美洲、非洲和欧洲大陆环绕，这些地区是海洋塑料排放的主要来源（Jambeck等人，2015年；Law等人，2020年；Meijer等人，2021年）。据估计，约有7亿人居住在大西洋沿岸100公里范围内（Duedall & Maul，2019年）。这一人口密集的沿海地区，加上船舶排放的垃圾、风驱动的艾克曼洋流和地转环流的作用，导致海洋垃圾在大西洋环流中积聚，形成了北大西洋和南大西洋垃圾带（Law等人，2010年；Van Sebille等人，2012年；Ryan等人，2014年；Ryan等人，2019年；Filho等人，2021年）。 船载泵吸系统可以实现连续的微型塑料采样（Lusher等人，2014年），因为它是一种内置在船上的系统，能够自动且连续地抽取海水。在大西洋使用该方法的研究很少，且主要是描述性的，主要集中在颗粒的定量和特征描述上，而忽略了其分布的重要方面，如来源和驱动因素（Lusher等人，2014年；Enders等人，2015年；Kanhai等人，2017年；Montoto-Martínez等人，2020年；Ryan等人，2020年；Silvestrova & Stepanova，2021年；Pakhomova等人，2022年；Zhdanov等人，2023年）。 微型塑料以及其他小型人造颗粒（<5毫米；例如橡胶、动物纤维或纤维素纤维、玻璃、金属、焦油）如果被丢弃或遗弃在海洋和沿海环境中，统称为微塑料（UNEP，2021年；González-Fernández等人，2025年）。在本研究中，我们利用船载泵吸系统沿着从巴西萨尔瓦多到直布罗陀海峡的约8000公里路线进行了连续的微塑料采样，覆盖了南大西洋和北大西洋海域。除了定量和描述微塑料颗粒外，还利用OpenDrift扩散模型确定了其积累区域和潜在来源。

采样与样本制备

采样工作是在2022年4月27日至5月19日的PYROWIND海洋学考察期间，在西班牙R/V Hespérides号船上进行的。研究路线覆盖了从巴西（萨尔瓦多）到直布罗陀海峡的热带和温带区域（图1）。在航行过程中，通过船载泵吸系统收集了次表层海水样本。水样由位于船体龙骨处的Teflon芯泵（BKMKC.1011，TECNUIM）抽取。

微塑料的识别与特征分析

所有样本中都存在微塑料，其中较小颗粒的丰度显著高于较大颗粒（p < 0.05）。 较大颗粒（≥315 μm；n = 52个）的平均丰度为1.49 ± 1.11个/立方米，范围在0.25至5.38个/立方米之间。所有样本中都含有纤维，占该尺寸颗粒的91.42%，其次是薄膜（7.59%）和碎片（0.99%）。这些纤维主要为纤维素纤维（98.94%），其次是聚丙烯（PP，0.69%）和尼龙。

讨论

从巴西到直布罗陀海峡的整个采样路线上的所有样本都含有微塑料。较小颗粒（10–315 μm）更为丰富，且以碎片为主，因为大多数样本仅含有微型塑料碎片（图1B）；而较大颗粒（≥315 μm）则以纤维为主，因为大多数样本仅含有纤维素纤维（图1A）。污染最严重的区域位于赤道附近、巴西以及我们研究路线上的10°N附近，特别是在北半球。

结论

本研究表明，不同类型、大小和化学组成的微塑料共存于海洋次表层水中，其中较小颗粒更为丰富且以碎片为主，而较大颗粒较少且以纤维为主。北半球的微塑料丰度更高，尤其是纤维素纤维，这可能是由于北半球人口更多、工业化程度更高，以及北大西洋环流的积累机制所致。

作者贡献声明

保拉·索布拉尔（Paula Sobral）：撰写、审稿与编辑、概念构思。 杰拉尔德·兰格（Gerald Langer）：撰写、审稿与编辑、研究、概念构思。 帕特里齐亚·齐维里（Patrizia Ziveri）：撰写、审稿与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理、资金争取、概念构思。 斯蒂芬妮·宾斯特iel（Stéphanie Birnstiel）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法学设计、研究、资金争取、数据管理、概念构思。

未引用的参考文献

Bala, 2023; Caracci等人，2023; Kara Lavender, 2010a; Kara Lavender, 2010b; Kershaw等人，2019; Perreard, 2024.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢Joan Villanueva提供机会并邀请我们参加PYROWIND考察，同时也感谢船上研究人员对这项研究的支持。此外，还要感谢Felipe Hernandes Coutinho在图形制作方面的帮助。本研究得到了i-plastic项目（PCI2020-112059 — JPI-Oceans）的支持，并得到了西班牙科学与创新部（CEX2024-001506-M — MICIU/AEI）/10.13039/501100011033项目的资助，以及ICTA-UAB的María de Maeztu卓越单位计划的支持。