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新发现!塑料污染可能构成“地球边界威胁”?

2022.03.30

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塑料的制造、使用和处置可能会影响地球生态系统的正常运作,这是一个已被普遍认知的事实。如今,日益严重的海洋塑料污染不仅影响人类社会的发展,还会对海洋生物体、生物群落乃至整个地球生态系统的功能产生负面影响。

近期发表在《海洋政策》期刊上的研究报告《海洋塑料污染构成地球边界威胁——可持续发展难题中的漂流物》(下称报告)解释道,海洋塑料污染已经满足成为地球边界的两大条件,是潜在的地球边界威胁。

什么是地球边界?

人类活动正在越来越多地影响地球的生物和物理轨迹,其导致的包括海洋塑料污染在内的“新实体”,正在给地球科学研究带来前所未有的挑战。

什么是新实体?斯蒂芬等人将新实体定义为“具有潜在地球物理和/或生物效应的新物质”。科学家认为,当新实体表现出持久影响力、大规模分布以及影响重要地球系统过程的潜力时,它们就会成为全球关注的环境问题焦点。

基于预防性原则而提出的新概念“地球边界”(Planetary Boundaries)由此应运而生。“地球边界”是指用来界定全球“安全运行空间”(safe operating space)的边界值。其目的是通过定义人类需要控制的变量,设定临界值,降低人类活动超出地球系统临界值的风险,从而维持地球系统及人类社会的正常运作。

并非所有的威胁都有必要成为“地球边界”。科学家提出,人类需要控制的变量可以根据持久性有机污染物、重金属或塑料等化学品的排放、浓度或影响来定义。化学污染和新实体应当满足三大条件,才能被纳入地球边界:

(1)不可或难以逆转;

(2)问题须达到全球规模,其影响可被发现;

(3)对地球系统过程带来破坏性影响。

报告强调,海洋塑料污染已满足前两个条件,是否满足第三个条件,有待进一步研究。

海洋塑料污染的暴露和影响不可逆转

报告指出,海洋塑料的环境暴露带来的影响不可逆转。在自然环境中,塑料随处可见,生物圈、冰冻层、海底沉积层甚至大气层都能看到塑料的身影,而大多数管理不善的塑料最终会泄入海洋。据估计,海洋中漂浮着至少5万亿个塑料碎片,大量清除这些塑料根本不可能,特别是微塑料。除了大颗粒塑料的风化分解,纺织纤维的分解也是海洋中微塑料的重要来源。

因此,即使大颗粒塑料输入量大幅减少,海洋中微塑料和纳米塑料残渣的数量仍会继续增加。此外,在风、表层洋流、海洋环流以及微生物摄入和排出的作用下,海洋塑料会从源头流出,分布全球。这些促进海洋塑料全球分布的途径也不可逆转。

海洋塑料污染对环境的影响基本上无法逆转。塑料可作为固着物种的培养基,活动生物的临时落脚点,以及外来入侵物种和持久性有机污染物的传播媒介。无论大小,每个塑料颗粒都具有运输生物体、重新分配有害物质、改变生态系统的组成和功能以及改变遗传多样性的能力,这种特点也是无法改变的。

海洋塑料污染已成为全球问题

化学污染需要达到全球规模,其地球边界威胁才会被承认,这需要满足以下四种情形:

· 在全球范围内,污染物的浓度几乎是均匀的;

· 影响在全球迅速扩散;

· 污染物的影响能在全球层面上观察;

· 污染物暴露和产生影响之间存在时间差。

上面已经提过,在风、海水、生物等作用下,海洋塑料会在全球范围均匀分布。剩下三个情形海洋塑料污染能否满足,取决于所讨论的影响类型以及“全球规模影响”的定义。

海洋塑料污染的影响可分为三类:直接影响、间接影响和连锁影响。

海洋塑料污染会对生物体造成直接影响,如塑料的摄入和残留。这通常被看作是局部问题,但随着这种影响的不断积累,如今已全球可见,因此也越来越多地被视作全球问题。在这一影响层面,海洋塑料污染从暴露(即到达海洋)到产生影响之间的时间间隔通常很短,但通过海水和生物的流动,海洋塑料得以在全球均匀分布,其影响范围得到延伸,因此暴露和最终造成影响之间就会存在时间差。

间接影响则是指海洋塑料作为其他污染物的媒介对海洋生态系统产生的影响,连锁影响是指多时空、跨生态系统的系统性影响,这两种都可能是全球性影响。

报告指出,塑料颗粒的摄入和转移贯穿整个海洋食物链,在细胞、器官系统等亚细胞层面、生物个体层面和生态群落等层面都会产生影响,带来生态和营养问题。塑料生产过程中添加的增塑剂、阻燃剂、染料等物质,以及海水中吸附到塑料表面的其它化学物质,都是海洋塑料颗粒有害影响的来源。通过整个食物网的交叉互动,这些有害物质会在生物体内积累。

另有研究指出,大量摄入微塑料会对海洋生物的能量分配、繁殖能力等产生不利影响,进而影响整个营养链和碳循环。塑料还可能通过改变物理环境影响生物群落。报告表示,海滩沉积物中含有大量微塑料,可能会改变海水的特性、营养物质的流动以及下层海水的温度,对海洋生物的生存和繁殖产生不良影响。对繁殖能力产生影响,对食物链更高级生物产生影响,这些都具有滞后性。

海洋塑料污染对地球系统过程是否有破坏性影响还有待研究

报告最后强调,破坏性影响有很多不同的定义方式。海洋塑料污染对重要的地球系统过程有没有影响、怎么影响,还是说这些影响被吸收和减弱了,这些都还不确定。解决这个问题需要精确的假设和理论模型,并在未来的海洋观测研究和实验中检验。

全球碳循环是地球系统的生物物理基础之一,它将海洋过程与大气、生物圈和陆地环境联系起来,在平衡气候系统方面发挥着至关重要的作用。报告提出,未来可以从碳循环入手,弄清楚海洋塑料污染影响海洋碳封存能力的机制到底是什么。

如果因为塑料的存在,使得作为海洋生态系统功能基础的生物过程发生了改变,那么海洋塑料污染就有可能通过生物手段破坏碳的长期储存。海洋塑料污染可能促进海洋种群的繁荣,也可能导致其数量大幅下降甚至是灭绝。这些大规模的生态群落变化可能导致碳和其他营养元素的循环达到临界值,从而影响重要的地球系统过程。

海洋塑料污染也可能会通过生物物理手段破坏碳封存。聚苯乙烯微粒会改变海洋浮游动物粪便颗粒的特性和下沉速率,对水中碳和营养物质的流动、全球的生物地球化学循环以及未来的营养链产生影响。

即便剔除仅进入海洋表层的大部分塑料,海洋塑料残留物的数量估计已达到 8600 万吨到 1.5 亿吨之间,它们最终会堆积在岸边或者海底。这种简单的物理堆积掩埋也可能会改变长期的碳封存。

海洋塑料污染是全球可持续发展的难题,将其纳入地球边界框架不仅可以加深人们对塑料污染影响的认识,动员人们采取行动,还可以为政策的发展和实施提供共同框架,为全球生态的监测、评估和管理提供动力。不管是否被纳入地球边界框架,海洋塑料污染与全球进程都是密切相关的,我们需要提前制定管理对策。

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