Onderzoek onthult de omvang van nanoplastics vervuiling in de Noord-Atlantische Oceaan

Plasticafval vervuilt de oceanen over de hele wereld. Zeedieren kunnen verstrikt raken in grotere plasticafval zoals netten en tassen, of kleinere stukken verwarren met voedsel. Ingenomen plastic kan de spijsverteringsorganen blokkeren of verwonden. De kleinste plasticdeeltjes in het micro- en nanobereik worden meestal uitgepoept, maar een klein percentage kan door de darmwand heen in de bloedbaan komen.

Hoeveel nanoplastic is er eigenlijk in de oceanen aanwezig? De meeste wetenschappelijke aandacht is tot nu toe gericht op macro- en microplastics, omdat hun grotere formaat ze gemakkelijker te bestuderen maakt. Kwantitatieve gegevens over de vervuiling van de oceanen door nanoplastics, die kleiner zijn dan 1 µm, zijn tot nu toe schaars geweest. Dit komt doordat de deeltjes erg klein zijn, gevoelig voor veranderingen en vaak moeilijk te onderscheiden van andere omgevingsdeeltjes met standaardmethoden.

Tijdens een expeditie in 2020 aan boord van het RV Pelagia, het grootste Nederlandse onderzoeksschip en vlaggenschip van het NIOZ, registreerden onderzoekers van het UFZ en de Universiteit Utrecht de aanwezigheid van nanoplastic langs een transect van het Europese continentale plat tot de subtropische Noord-Atlantische gyre. Monsters werden genomen op 12 meetpunten: in de bovenste waterlaag op ongeveer 10 m, in de tussenlaag op ongeveer 1.000 m, en 30 m boven de zeebodem.

“Met de gegevens van deze meetpunten kunnen we uitspraken doen over de verticale en horizontale verspreiding van nanoplastic in de Noord-Atlantische Oceaan,” zegt Dr. Dušan Materić, chemicus aan het UFZ en hoofdauteur van de studie die is gepubliceerd in Nature. Onder leiding van Materić gebruikten de wetenschappers een hoge-resolutie protonoverdrachtreactiemassaspectrometer (PTR-MS) gekoppeld aan thermische desorptie (TD) om de concentraties van organische sporengassen te meten. Met deze TD-PTR-MS kunnen de kleine plasticdeeltjes in de monsters worden verbrand. Door ze te verhitten, komen er gassen vrij die vervolgens in de massaspectrometer kunnen worden gekwantificeerd.

Volgens Materić, die de methode in 2020 ontwikkelde tijdens zijn werk aan de Universiteit Utrecht, kan de identiteit en concentratie van elk polymeer betrouwbaar worden bepaald omdat elk polymeer een uniek chemisch vingerafdruk heeft. De onderzoekers detecteerden nanoplastic op alle diepten die werden geanalyseerd over de 12 meetlocaties. “Ze zijn overal in zulke grote hoeveelheden aanwezig dat we ze ecologisch niet langer kunnen negeren,” zegt Materić.

Het onderzoeksteam vond het vaakst nanopartikels van polyethyleentereftalaat (PET), polystyreen (PS) en polyvinylchloride (PVC), die vaak worden gebruikt in wegwerp- en herbruikbare plastic flessen, folie, drinkbekers en bestek. Bij bijna alle meetpunten detecteerden de onderzoekers deze soorten plastic in de bovenste waterlaag. “Dit komt omdat, aan de ene kant, de herschikking vanuit de atmosfeer via het zeeoppervlak plaatsvindt en, aan de andere kant, er veel plastic via de estuaria van rivieren wordt ingebracht,” zegt Materić.

De tussenlaag (d.w.z. de laag tussen het zuurstofrijke oppervlaktewater en het zuurstofarme diepere water) wordt gedomineerd door PET-nanopartikels. Volgens Materić werd er een hogere concentratie nanoplastic gevonden in de subtropische gyre van de Noord-Atlantische Oceaan, een gebied waar oppervlakte-microplastics bekend staan om hun ophoping door oceaanstromingen. De onderzoekers vonden de laagste concentraties nanoplastic in de waterlaag nabij de zeebodem. Ze detecteerden PET-nanoplastic op alle meetpunten daar, zelfs op diepten van meer dan 4.500 m. Dit nanoplastic is hoogstwaarschijnlijk afkomstig van de fragmentatie van synthetische kledingvezels, maar mogelijk ook van voorheen onbekende processen.

“Nanoplastic en nanopartikels zijn zo klein dat de fysieke wetten die grotere deeltjes beheersen vaak niet meer van toepassing zijn,” zegt Materić. Het onderzoeksteam was verrast dat er op geen enkel meetpunt polyethyleen (PE) of polypropyleen (PP) werd gevonden. Zowel PE als PP worden vaak gebruikt in tassen en verpakkingen, die vaak eindigen als marien plastic afval. “Er is veel PE/PP-microplastic op het zeeoppervlak, maar we vonden geen PE/PP-nanopartikels die als gevolg van zonne-energie of slijtage door de golven zouden kunnen zijn gevormd,” zegt Materić.

Het PE- en PP-nanoplastic kan zo sterk zijn gemineraliseerd of moleculair veranderd dat het niet langer als plastic door de PTR-MS wordt gedetecteerd, of er kunnen andere dynamische sedimentatie- en verwijderingsprocessen zijn waar we ons nog niet van bewust zijn. De wetenschappers extrapoleerden de massa van nanoplastic in de Noord-Atlantische Oceaan op basis van de concentratiemeten. Op basis van deze resultaten wordt geschat dat er ongeveer 27 miljoen ton nanoplastic—12,0 miljoen ton PET, 6,5 miljoen ton PS en 8,5 miljoen ton PVC—is opgeslagen in de bovenste waterlaag van de Noord-Atlantische Oceaan, tot 200 m diep, van de gematigde tot de subtropische zone. “Dit is van dezelfde orde van grootte als de geschatte massa van macro- en microplastics voor de gehele Atlantische Oceaan,” zegt Materić.

Dit betekent dat nanoplastic een groot deel van de plasticvervuiling in de oceanen vertegenwoordigt en nog niet is meegenomen in de huidige beoordelingen van de mariene plasticbalans. “Nog maar een paar jaar geleden was er discussie over de vraag of nanoplastic überhaupt bestaat. Veel wetenschappers zijn nog steeds van mening dat nanoplastics thermodynamisch onwaarschijnlijk zijn om in de natuur te blijven bestaan, omdat hun vorming hoge energie vereist. Onze bevindingen tonen aan dat, gemeten naar massa, de hoeveelheid nanoplastic vergelijkbaar is met wat eerder werd gevonden voor macro- en microplastic—tenminste in dit oceaansysteem,” zegt Materić.