大海充满了微小的塑料颗粒,我们找到了一种方法来跟踪卫星

塑料是最常见的类型的碎片漂浮在海洋世界。波和阳光的分解成更小的粒子,比如塑料微粒——碎片直径小于5毫米,大概一个芝麻大小的。

了解塑料微粒污染是影响海洋,科学家需要知道有多少和积累。塑料微粒浓度数据大部分来自商业和研究船拖浮游生物网——长锥形网很细网格设计用于收集海洋微生物。

但净拖网只能小范围和样本可能低估了真正的塑料的浓度。除了在北大西洋和北太平洋环流——大区域洋流旋转,收集漂浮的碎片——科学家们所做的很少的塑料微粒采样。没有充分的信息随着时间的推移,这些粒子的浓度变化。

寻找平滑区域

为了解决这些问题,密歇根大学的研究助理玛德琳埃文斯我开发了一种新方法从太空检测塑料微粒浓度使用美国宇航局的气旋全球导航卫星系统。CYGNSS是一个网络的8个微卫星于2016年推出,旨在帮助科学家预测通过分析热带飓风风速。他们衡量风力连接处海洋的表面——一个指标,我们意识到也可以用来探测和跟踪大量的塑料微粒。

每年年度全球塑料的产量增加了自1950年代以来,到达2018年3.59亿吨。最终在开放,不受控制的垃圾填埋场,可以洗到河排水区,最终成为世界海洋。

研究人员第一次有记录的塑料碎片海洋在1970年代。今天,它占估计80%到85%的海洋垃圾。

CYGNSS卫星设计的雷达测量风的海洋间接通过测量水的表面变粗糙。我们知道当有很多材料漂浮在水中,风不要变粗糙。所以我们尝试计算平滑表面测量数据显示有多少比它应该是如果相同的速度的风吹过清水。

这种异常现象——“失踪粗糙度”——原来是高度相关的塑料微粒的浓度在海面附近。换句话说,地区地表水似乎异常光滑经常含有高浓度的塑料微粒。平滑可以由塑料微粒本身引起的,或者可能与它们相关的东西。

通过结合所有的测量由CYGNSS卫星绕世界,我们可以创建全球海洋塑料微粒浓度的延时图像。我们的图片容易识别大太平洋垃圾带和二级地区高塑料微粒浓度在北大西洋和南部海洋。

随着时间的推移跟踪塑料微粒流

自从CYGNSS不断跟踪风速,它让我们看到塑料微粒浓度随时间变化的。通过一年动画的图像,我们发现季节性差异,并非之前所知。

我们发现全球塑料微粒浓度峰值在北大西洋和太平洋在北半球的夏季。例如,6月和7月是高峰月大太平洋垃圾带。

在南半球的峰值浓度在1月和2月的夏季。冬季低浓度在两个半球可能由于强电流的组合分解塑料微粒羽流和增加垂直混合-表面和深层水之间的交换,传输一些下面的塑料微粒的表面。

这种方法也可以目标较小的地区在较短的时间。例如,我们研究情景从嘴里流出事件中国长江和钱塘江的河流流入东海。这些事件可能是与增加工业生产活动有关,或与增加的速率经理允许河流流经大坝。

更好的针对清理

我们的研究有几个潜在的用途。私人组织,如海洋的清理在荷兰,一个非营利组织Clewat芬兰公司专业清洁技术,使用专门装备船只收集、回收和处置海洋垃圾和残骸。我们已经开始与两组对话,希望最终帮助他们更有效地部署舰队。

我们的星载图像也可以用来验证和改善数值预报模型,试图跟踪塑料微粒穿过海洋使用海洋环流模式。学者们开发几个这样的模型。

一种可能性是表面活性剂在海洋表面。这些液体化合物,广泛应用于洗涤剂和其他产品,穿过海洋的方式类似于塑料微粒,和他们也有阻尼影响风动海洋粗化。虽然海洋粗糙度与塑料微粒浓度异常,我们观察到关联强烈,我们的浓度的估计是基于我们观察到的相关性,而不是在一个已知的物理漂浮的塑料微粒和海洋粗糙度之间的关系。可能是粗糙异常是由别的也与塑料微粒的存在。

需要进一步的研究来确定如何平滑区域,我们确定了发生,如果他们是间接地通过表面活性剂引起的,为了更好地理解他们是如何传输机制相关的塑料微粒。但我希望这个研究能根本改变跟踪和管理的一部分塑料微粒污染。

克里斯托弗革命联合阵线气候和空间科学与工程教授密歇根大学

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