Forekomst af mikroplastik i vandmiljøet

Transkript

1 Department of Bioscience IDA-konference, København. Forekomst af mikroplastik i vandmiljøet Jakob Strand Sekundær mikroplast Primær mikroplast

2 Nationalmuseet 2012 AARHUS UNIVERSITY Mennesker har gennem alle tider efterladt sig spor i sine omgivelser og efterladt affald er et synligt aftryk i miljøet efter vores forskellige aktiviteter I dag er mængderne og spredningen af plastaffald i et globalt perspektiv dog uden sidestykke! - og et tydeligt tegn på den antropocene tidsalder

3 Mange AARHUS UNIVERSITY kilder til belastning med (mikro)plast LAND-BASED ACTIVITIES in cities, industry and agriculture SEA-BASED ACTIVITIES e.g. ships, fishery ATMOSPHERIC DEPOSITION (e.g. precipitation, airborne dust) OCEAN CURRENTS RUNOFF, RIVERS and EFFLUENTS from LAND to SEA FATE - Accumulation in food webs - Degradation, physical/biological - Deposition/mobilisation in sediments - Kilder omfatter alle slags menneskelige aktiviteter med større eller mindre tab af plast til miljøet, både til lands og til vands. - Spredningen foregår bl.a. ved atmosfærisk transport, afstrømning fra land og havstrømme

4 Skagerrak - Et vigtigt depositionsområde for Nordsøen AARHUS UNIVERSITY Nordiske overvågningsdata for affald på strande viser at de største mængder generelt forekommer på den svenske og danske vestkyst. OSPAR QSR 2000 (Strand et al. 2015) OSPAR + MARLIN data

5 Marint affald, som skylles op på kysten AARHUS UNIVERSITY Department of Bioscience IDA-konference, København. Fiskeri (9%) Mademballage, poser, turisme og rekreative aktiviteter (35%) Plast dominerer! Sanitært affald (3%) Byggeaffald og skumplast (33%) Baseret på 514 stykker affald (>2.5 cm) indsamlet 2014/2015 i Roskilde fjord Resultater er genereret fra standardiseret strandundersøgelser af affald på 100 m strækninger i henhold til EU guideline AARHUS UNIVERSITY Department of Bioscience

6 Men er det synlige affald i miljøet kun toppen af isbjerget? - Hvor bliver de store mængder af affald af? - Spredning af affald i miljøet sker lokalt og globalt - Aflejring af affald i jorden og havbunden - Fragmentering ved forvitring og nedbrydning - Spredning og aflejring som mikroplastik

7 Bl.a. undersøgelser AARHUS UNIVERSITY af mikroplast i vandsøjlen fra svenske farvande IDA-konference, København. Department of Bioscience finder mange flere små (>10 µm) end store partikler (>300 µm) Tilsvarende i det åbne Atlanterhav Antal mikroplast partikler per m 3 Data fra Norén & Naustvoll 2010, Norén 2014 og Magnusson & Norén 2011, reviewed i MST rapport (draft 2015) OBS: Fibre vurderes at udgøre en væsentlig fraktion af mikroplast men da fibre er tynde, men lange partikler, tilbageholdes de i mindre grad med 300µm filtre

8 Tilsvarenede AARHUS UNIVERSITY flest små partikler i sediment Department of Bioscience Større antal partikler med mindre størrelsesfraktion IDA-konference, København. men en ting er ANTAL... Større samlet masse med større størrelsesfraktion en anden ting er MASSEN... Mikroplast i sediment fra Rhinen i Tyskland (Klein et al. 2015)

9 Mikroplast spredes til alle dele af økosystemet AARHUS UNIVERSITY Både i vandsøjlen og på havbunden... med paralleler til skæbnen af miljøfarkige stoffer, samt også naturligt organisk stof Figure from Wright et al. (2013)

10 Eksempler DEPARTMENT OF på BIOSCIENCE mikroplast fundet i dyr fra Nordiske Jakob Strand farvande Fisk og bunddyr Sild og hvilling fra Storebælt, maveindhold: 27 31% af fiskene havde indhold på 1-4 mikroplast-partikler (Sørensen et al. 2013) Ålekvabbe, torsk og ulk fra Øresund, maveindhold: partikler per fisk (Agersnap & Strand 2013). Blåmuslinger fra Øresund: partikler per individ (Agersnap & Strand 2013) Slangestjerner fra Svensk vestkyst: fibre per individ (Johansson 2011) Fibre er også den dominerende type af mikroplast i biota. Udenlandske undersøgelser har vist at også krebsdyr som jomfruhummer og krabber kan indeholde mikroplast, fx 83% af jomfruhummer undersøgt i Skotland indholdt plastfibre i deres tarmsystem (Murray & Cowie 2011).

11 Andre AARHUS skadelige UNIVERSITY påvirkninger er ved indtagelse af plastaffald og entanglement af bl.a. havfugle herhjemme 5-20% af suler fundet døde på kysten i den sydlige Nordsø er viklet ind i plastaffald (TMAP 2009) Mere end 90% af mallemukker i Skagerrak har plast i maven, og ~55% har mere end 0.1 g plast (>EcoQO) Mange rider bruger plastaffald som redemateriale, fx i koloni ved Hirtshals (Hartwig et al. 2007)

12 Sediment og mikroplast Resultater fra første danske survey i 2013 Prøvetagning var koordineret med NOVANA overvågning for miljøfarlige stoffer Mikroplast blev fundt i alle prøver med partikler pr kg TS - og fibre/filamenter dominerede i de fleste prøver Sediment må anses som en mere tids-integrerende matrice end prøver fra vandsøjlen

13 Normalisation to matter does matter! AARHUS UNIVERSITY Naturlig heterogenitet i sedimentkarakterer fx %TOC og kornstørrelse har dog stor betydning for indholdet af mikroplast. Normalisering til %TOC og >63µm fraktion kan derfor styrke identifikationen af de mere og mindre belastede områder. Disse resultater peger også på at mikroplast fortrinsvist vil aflejres i depositionsområder dvs. med paralleler til skæbne af miljøfarlige stoffer.

14 Knudshoved Odde Trelde Næs Vejle Fjord 2 Hundested Norsminde3 Århus Bugt51 Norsminde1 Vejle Fjord 3 Nissum Br. Store Røn Århus Bugt22 Båring Vig Nissum Br. NV Flensborg Yderfjord Genner Bugt8 Genner Bugt9 Tårbæk rev Felsted Kog Kås Bredning Kalø vig 10,6m Storebælt v. Romsø Storebælt v. Romsø Kalø vig 10.9m Kolding Fjord Felsted Kog Sydlige Lillebælt Helnæs Bugt Flensborg Yderfjord Øresund, Lynetten Venø Bugt Sediment Phthalate conc. (µg / kg DW) AARHUS UNIVERSITY Speculation: I hvilken grad er plastik-additiver stadig bundet eller frigivet fra plastpartikler, når vi analyserer miljøprøver af vand, sediment og biota? DnOP DEHP DBP DiethylPhthalat Ekstraherer vi på plast-partikler? Stations Dansk overvågningsdata for phthalater i sediment 2011

15 Positive sammenhænge etableret til miljøfarlige stoffer i sediment Især til PAH er - og i mindre grad til alkylphenoler og phthalater i sediment, Sammenhænge skyldes dog sansynligvist co-variation med TOC og/eller kilder, - og i mindre grad kemisk ekstraktion på mikroplast-partikler. TBT i malingsflager kan være en undtagelse!

16 Gamle malingsflager fra skibe kan som mikroplast stadig være en kilde til giftige antibegroningsmidler Old paint flakes sampled from Swedish marinas 2014 Lagerström, Strand et al. (2015)

17 Plast DEPARTMENT fungerer OF BIOSCIENCE som passiv sampler for udefrakommende Jakob Strand miljøfarlige stoffer og kan dermed også bruges aktivt til at vurdere stoffernes forekomst i vandmiljøet. Plast absorberer stoffer i vandmiljøet (ferskt og marint), baseret på tidsintegrerende diffusion dvs. optagelses- og udskillelsesrater Silicone-skiver anbefales fx til PAH, PCB, PBDE, TBT og andre organiske stoffer med højt K OW > Koncentrationsniveauer i vandet kan estimeres ud fra optagsrater, som beregnes ud fra udskillelsen af mærkede standarder (Performance Reference Compounds). - Kalibreret i OSPAR regi og anvendt til miljøvurderinger i det marine miljø.

18 Feltforsøg med silikone-skiver som passive samplers for TBT Koncentrationsniveauet af TBT (log K OW = 4.1) i silikone er i samme størrelsesorden som niveauet i muslinger. (Strand et al. in prep)

19 PLAST i miljøet er ikke jo bare plastik men som gruppe består det af mange typer og blandinger Bioplast EPS-plast Epoxyplast Akrylplast ABS-plast Vinylester Ureaplast Teflon Super Absorbent Polymer Blødgørere Pigmenter Blowing Agents Antibakterielle midler Impact Modifiers EVA-plast Flamingo HDPE-plast LDPE-plast EPS-plast4 åø3oli8 POLYMERER Melamin-plast Neopren Nylon Polyethylen Mængder og spild PET-plast Polytetrafluorethylen Polystyren Vigtigt at huske Polyethersulfon både i forbindelse med Polycarbonat Polyamid Polyester Polyvinylchlorid Polyurethan Struktur af partikler Størrelse af partikler af plast i miljøet EPS-plast Fragmentering/nedbrydelighed/persistens SKÆBNE Antistatiske midler EPS-plast ADDITIVER UV-Stabilisatorer forskning, risikovurderinger og kommunikation Varme-Stabilisatorer Antioxidanter Absorption af udefrakommende miljøgifte Co-polymerer Flammehæmmere Densitet Fillers/Extenders Fragrances Lubricants Leaking af additives

20 Så... nogle vigtige spørgsmål omkring mikroplast: Hvor meget mikroplast er der i havet/vandmiljøet? I hvilket omfang er de synlige større partikler kun toppen af isbjerget? Hvilke kilder er mest betydende for belastningen med mikroplast? Hvilke typer af materialer består de væsentlige mikroplast-fraktioner af? Hvad sker der med mikroplast over tid? I hvilket omfang udgør mikroplast en risiko for miljøet? Betyder det noget eller er mikroplast bare ekstra fyldmateriale i havet? Hvor beskidt et miljø vil vi efterlade til de efterfølgende generationer?

21 Tjörn, Sweden, 2006 AARHUS UNIVERSITY Souvenirs from the sea - or just junk on the beach?

22

23 Mikroplast den hidtil overste affaldsfraktion Jakob Strand DEPARTMENT OF BIOSCIENCE Mikroskopisle partikler; <5m micro- (nano-)scales Primary microplastic (manufactured particles): - Resin pellets for plastic production and maintenance, - Cosmetics and other personal care products, - Industrial sandblasting products. Secondary microplastic: Fragmentation of macrolitter from land- and sea-based sources Caused by wheathering/erosion of macrolitter into small pieces - like rocks that become sand, silt and clay by time Secondary microplastic, and not primary microplastic, is often regarded as the dominating contributor to microplastic in the sea. However, local conditions, e.g. due to pellet loss from industry or effluents for WWTPs, can in some cases be an important source to microplastics.

24 Personal care products as source to microplastic Example: % primary microplastic particles found in some products selected by DR (national TV) from the presence of polyethylene in product declarations.

25 Back of the envelope estimater af rensningsanlægs potentielle betydning i danske farvande baseret på de svenske fund For de indre danske farvande, samlet For kystnære områder, her fx Roskilde Fjord (Magnusson, 2014) Konservative skøn pga tilførsler fra dels andre landes rensningsanlæg, dels flere andre udledninger end Bjergmarken i Roskilde Fjord

26 Begrænset undersøgelse med FT-IR spektroskopi til identifikation of polymer materialer 2955, , , ,87 872,60 748,44 %T 3415, , , , , , ,92 690,00 624, , , , , % match with acrylic polymer material 4000, ,0 cm , , ,28 990, ,34 963,67 842,50 755,11 Tynde fibre kan kun blive identificeret med FT-IR mikroskop Results: 5 different polymers were identified in 10 representative isolated particles characterised as surely synthetic during examination of the samples were also identified as synthetic polymers. However, most of 10 other selected particles characterised as doubtful could not be matched with synthetic materials in our FT-IR database supporting that they most probably were of natural origin. All data for socalled doubtful particles were therefore eliminated from the data analyses.

27 Passive samplers for assessing pollution of POPs in water Passive sampling using silicone sheets are based on the diffusive uptake of hydrophobic compounds (logk OW > 4). PAHs in silicone vs. water Concentrations in water can be determined using reference performance compounds (logk OW 3-8) spiked into the silicone sheets allowing correction for the diffusion kinetics. PCBs in silicone vs. water PCBs are below detection limits in spot sampling (Monteyne et al. 2013)

28 Passive prøvetagere af plast en kunstig Jakob musling Strand DEPARTMENT OF BIOSCIENCE Passive silicone samplere Miljøfarlige stoffer i silikone sammenlignet med i muslinger Estimerede koncentrationer af PCB og PAH i vand fra indholdet i silikone er sammenlignelig med akkumulering i muslinger fra nordiske farvande. Silikone især velegnet til apolære stoffer som PAH og PCB med Kow > 4 Larsen et al. 2009