利用卫星数据追踪海洋中的微塑料

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Still from a video showing high levels of microplastic pollution (red) being dispersed from the mouth of the Yangtze River (left) in the South China Sea.

众所周知，微塑料已经渗透到世界大部分海洋，这些持久的垃圾碎片威胁着海洋生物的生存。但真正量化全球这一问题的严重程度仍然是一项挑战。

近日，一组研究人员正在提出一种新的方法，从太空远程追踪世界海洋中这些微小的塑料碎片。他们在本月发表在《IEEE地球科学与遥感学报（IEEE Transactions onGeoscience and Remote Sensing）》上的一项研究中描述了他们基于卫星的新方法，该研究暗示了海洋中微塑料浓度的季节性通量。

塑料在环境中持续存在的问题只会越来越严重。自上世纪50年代以来，全球塑料的年产量每年都在稳步增长，2018年达到3.59亿吨。“微塑料污染对人类和我们的环境构成了迫在眉睫的威胁，仅通过传统的取样还不能很好地界定其程度，”Madeline Evans如此解释，她是密歇根大学气候与空间科学与工程系的研究助理，“为了寻求更好的解决办法，我们需要更多地了解问题本身。”

Evans是密歇根大学的一名本科生，她与密歇根大学气候与空间科学学院教授Christopher Ruf合作研究。在过去的几年里，两人一直在合作开发和验证他们的方法，该方法利用美国宇航局的旋风全球导航卫星系统（Cyclone Global Navigation Satellite System，CYGNSS），利用双基地雷达跟踪海洋中的微塑料。

他们方法背后的基本概念取决于微塑料的存在如何改变海洋表面。微塑料和表面活性剂在海洋中的存在导致海洋表面对风的粗糙化反应较弱。

因此，Ruf和Evans探讨了CYGNSS对海洋表面粗糙度的测量是否可以用于确认微塑料的存在，这些测量值偏离了当地风速下的预测值。事实上，他们通过与其他预测微塑料的模型进行比较，验证了他们的方法。但是，尽管现有的模型提供了微塑料污染程度和范围的静态快照，这种使用CYNGSS的新方法可以用于实时了解微塑料浓度。

研究人员利用他们分析全球格局的方法发现，北印度洋的微塑性浓度往往在冬末春初最高，夏初最低。这些通量与季风季节相吻合，促使作者提出河流入海的流出模式和雨水的稀释能力可能对微塑性浓度有影响，尽管还需要更多的研究来证实这一点。同时，他们在大太平洋垃圾区发现了一种强烈的季节性模式，即微塑料的浓度在夏季最高，冬季最低。

“我们测量数据的季节性变化最让我吃惊，”Evans说，“在进行这个项目之前，我将太平洋垃圾区概念化为一个一致的、主要是静态的块体。我很惊讶地看到这些大量的微塑料以如此动态的方式聚集在一起。”

Ruf强调了能够实时跟踪微塑料浓度的新颖性。“微塑性浓度的时间推移测量在以前是不可能的，因此我们能够第一次看到它的一些动态行为，比如季节依赖性和从主要河流流入海洋的流量，”他说。

然而，他指出，无法通过直接对微塑料取样来验证模型仍然是一个主要限制。Raf和Evans目前在致力于海洋垃圾和碎片遥感的全球特别工作组工作，该工作组的目标是在未来改进这些测量。

Raf表示：“能参与到这种新颖的、重要的事情中来是非常令人兴奋的。这项工作有望使人们更好地认识到海洋微塑料和其他海洋废弃物和垃圾的问题，也许有一天会改变工业做法和生活方式的选择，以帮助减少这一问题。”