Odkryli nieoczekiwanego sprzymierzeńca plastiku. Działa jak tarcza
Okazuje się, że chemia naturalnej wody może spowalniać rozpad plastiku. Najgorzej wypada środowisko podobne do morskiego.
Plastik w oceanie nie zalega wyłącznie dlatego, że został zaprojektowany tak, by wytrzymać lata. Naukowcy odkryli, że po wyrzuceniu do wody dostaje jeszcze nieoczekiwanego sprzymierzeńca. Okazuje się, że już sama chemia naturalnego środowiska może utrudniać jego rozpad, przez co słońce i inne procesy, które powinny stopniowo niszczyć tworzywo, działają znacznie słabiej. W efekcie ocean nie zawsze pomaga pozbywać się plastiku – czasem sprawia, że zostaje z nami na dłużej.
To wszystko brzmi trochę jak zły żart ze strony natury. Światło słoneczne powinno inicjować rozpad plastiku, a mikroorganizmy mogłyby później dokończyć pracę. Problem w tym, że w prawdziwej wodzie – zwłaszcza słonej i bogatej w materię organiczną – ten pierwszy krok okazuje się znacznie słabszy. A jeśli słońce nie nadgryzie plastiku, bakterie mają dużo mniej do roboty.
Naukowcy odtworzyli warunki zbliżone do tych panujących w naturze
Zespół z Northwestern University przy swojej pracy skupił się głównie na polistyrenie, czyli popularnym tworzywie stosowanym m.in. w opakowaniach, jednorazowych pojemnikach, tackach i materiałach izolacyjnych. To materiał lekki, tani i powszechny, ale po wyrzuceniu potrafi długo utrzymywać się w środowisku.
Badacze przygotowali kilka rodzajów wody. Jedna próbka była oczyszczona i pozbawiona dodatkowych składników. Druga naśladowała wodę słodką, z jonami typowymi dla jezior i rzek. Trzecia miała skład podobny do wody morskiej, z solami i jonami takimi jak chlorki, bromki, wodorowęglany czy siarczany. Do części próbek dodano też naturalną materię organiczną, podobną do tej, która pochodzi z rozkładu roślin i działalności mikroorganizmów.
Do tych roztworów trafiły cienkie paski polistyrenu. Następnie wystawiono je na symulowane światło słoneczne o pełnym widmie przez około 3 miesiące. Dzięki temu można było sprawdzić nie tylko, czy plastik reaguje na słońce, lecz także jak bardzo reakcja zależy od tego, w jakiej wodzie się znajduje.
Im bardziej naturalna woda, tym mniej rozpadu
Wynik okazał się naprawdę zaskakujący. Okazuje się, że plastik najszybciej niszczył się w czystej, oczyszczonej wodzie. Gdy warunki zaczynały bardziej przypominać naturalne środowisko, to tempo rozpadu wyraźnie spadało. W wodzie słodkiej było już wolniej, a w morskiej wolniej jeszcze bardziej. Co ciekawe, dodanie naturalnej materii organicznej dodatkowo hamowało cały proces.
To oznacza, że środowisko bardziej przypominające prawdziwą rzekę albo ocean wcale nie musi przyspieszać naturalnego sprzątania plastiku. Może je wręcz hamować. Sole i rozpuszczone jony osłabiają reakcje, które światło słoneczne powinno inicjować na powierzchni plastiku. Materia organiczna dodatkowo konkuruje o światło i reaktywne cząsteczki.
W czystej wodzie promieniowanie dociera do plastiku i zaczyna niszczyć jego powierzchnię. W wodzie naturalnej część tej energii oraz reaktywnej chemii przechwytują składniki samej wody. Plastik dostaje więc mniej uderzeń, a jego powierzchnia zmienia się wolniej.
Mikroby też przegrywają z chemią wody
To wszystko ma bardzo duże znaczenie dla kolejnego etapu rozpadu plastiku. Mikroorganizmy znacznie łatwiej kolonizują materiał, którego powierzchnia została wcześniej zmieniona przez promieniowanie słoneczne. Gdy plastik jest utleniony, popękany i częściowo rozbity na prostsze związki chemiczne, bakterie mogą skuteczniej wykorzystywać powstałe produkty rozpadu i przyspieszać dalszą degradację materiału.
W badaniu po etapie naświetlania naukowcy wprowadzili do próbek bakterie zdolne do rozkładania plastiku. Okazało się, że polistyren wcześniej wystawiony na światło w roztworze słodkowodnym był dla mikroorganizmów łatwiejszy do dalszego rozkładu, niż polistyren z próbki morskiej. To niby logiczne, bo skoro woda morska mocniej stłumiła pierwszy etap uszkadzania plastiku, bakterie miały mniej punktów zaczepienia.
Tu pojawia się jednak najbardziej niepokojący wniosek z badania. Natura może rozkładać plastik, ale nie działa jak magiczny system samooczyszczania. Potrzebny jest łańcuch zdarzeń: najpierw światło musi zmienić powierzchnię materiału, potem mikroorganizmy mogą łatwiej go kolonizować i wykorzystywać produkty rozpadu. Jeśli pierwszy etap zostaje spowolniony, cały proces traci tempo.
Prawdziwe morze działa inaczej
To badanie świetnie nam pokazuje, dlaczego plastik potrafi utrzymywać się w wodach przez dekady, a czasem znacznie dłużej. W świecie uproszczonych eksperymentów łatwo założyć, że promieniowanie słoneczne zrobi dużą część pracy. W prawdziwym oceanie sprawa jest trudniejsza, ponieważ sama chemia wody aktywnie wpływa na tempo tych procesów.
W wodzie morskiej znajduje się przecież mieszanina soli, jonów, rozpuszczonych związków organicznych, cząstek pochodzących z organizmów i produktów ich rozkładu. Każdy z tych składników może wpływać na to, jak światło oddziałuje z plastikiem. A jeśli plastik dryfuje głębiej, jest zacieniony, porasta biofilmem albo trafia do chłodniejszych warstw wody, warunki stają się jeszcze mniej korzystne dla szybkiego rozpadu.
Przeczytaj także:
Naukowcy zwracają uwagę, że nowe tworzywa powinno się testować i projektować z myślą o warunkach, w których faktycznie będą się znajdować. Jeśli plastik ma rozkładać się w słonej wodzie pełnej różnych związków chemicznych, powinien radzić sobie właśnie tam, a nie tylko w warunkach laboratoryjnych.
*Źródło zdjęcia wprowadzającego: Aflo Images / Canva Pro
Dziennikarz działu Technologie. O smartfonach i nowych technologiach zaczął pisać jeszcze w 2012 r. na łamach portalu Telix. Później przez pewien czas pisał dla KomputerŚwiat i dla nieistniejącego już PCLabu. Epizod dziennikarski zaliczył także w lokalnej gazecie i w dziale blogowym SpeedTest. Copywriter techniczny, motoryzacyjny i technologiczny. Współzałożyciel agencji marketingowej BlueCopy, zajmującej się copywritingiem i poligrafią. Przez pewien czas właściciel firmy transportowej. Prywatnie fan starych polskich oper mydlanych (oglądanych obowiązkowo z konkubiną), dumny opiekun kotki brytyjskiej i pasjonat-amator druku 3D.