撰稿 / 黃愷翊 (科學推展中心特約編輯)
圖1. 海浪擊碎氣泡作為微塑膠可能傳播途徑之示意圖
微塑膠(Microplastics)污染長年以來持續增加，對生態與人體健康各個層面都會造成影響，被視為近年嚴重的環境保護議題。PlasticEurope 2019年發表統計資料顯示，2018年全球生產以塑膠為基礎的材料為三億五千萬噸，未來產量仍呈現成長的趨勢。過低的塑膠回收率與未受妥善處理的廢棄塑膠，使得每年約有10％的塑膠製品被釋放而積累在海洋環境中。許多研究資料指出這些累積在海洋中的微塑膠對浮遊植物造成高度壓力，進一步改變了海洋有機物質的分佈。不僅如此，微塑膠還是海洋中運輸有毒物質的載體，不但干擾生態系統，更成為人體健康、氣候與生態的潛在威脅。
微塑膠去哪了？學界尚未清楚掌握微塑膠去向
為了解微塑膠對生態系統的危害，釐清環境中微塑膠的傳輸路徑十分重要，並能藉此評估其對生態系統帶來的潛在風險。早期的研究發現，微塑膠廣泛地出現在河流、碼頭、沙灘以及沿海等人類用水的排放地點，因此被認為是微塑膠的主要源頭。隨著洋流和氣流的影響，微塑膠經過了長途旅行出現在遠洋、深海，甚至極圈地區也能發現它的蹤跡。即使大量的研究已調查不同區域微塑膠的分布及種類差異，但尚未清楚掌握海洋內微塑膠的運輸系統與總量。許多人認為微塑膠在全球海水表面的含量一直被低估，使得學界對「消失的塑膠」(missing plastics)至今仍無明確定論。
消失的微塑膠原來在空氣中？輔大研究團隊揭秘
近年來大氣中微塑膠的測量技術，證實了微塑膠會透過空氣長途傳播，並指出微塑膠從海洋表面傳輸至大氣是可能的途徑之一。輔仁大學化學系李竹平助理教授與海洋大學許瑞峯助理教授合作，針對海水表層與空氣交界的傳輸機制進行探討。研究團隊透過建置氣泡預濃縮裝置[1]，模擬環境中水溶液氣膠的生成，並且透過分析水體中化學物質的組成觀測微塑膠汙染物經由氣膠從水體傳輸至大氣的過程。本研究結果發表於水資源領域最具權威的期刊——《Water Research》[2]。
海浪擊碎氣泡作為微塑膠可能傳播途徑
海水中的生物分子聚集後易形成膠體，也會黏附微塑膠蓄積在表層海水。當海水中的氣泡上升至海面時，風浪的拍打使聚集在海水表面的膠體因氣泡迸發噴濺，同時將微塑膠帶進空氣中。我們的研究發現海水的鹽度、膠體濃度和黏度，都會影響微塑膠在海面聚集及傳輸到大氣中的效果。海洋內形成膠體的生物分子，在微塑膠傳輸過程中扮演重要的角色。尤其是多醣類膠體的生成機制可能與陽離子的架橋(cation-linking bridge)有關(如圖2)，誘使微塑膠大量蓄積在海洋表層，大幅提高微塑膠在海洋-大氣界面傳輸的可能性。
圖2. 海藻酸(aliginic acid)之多醣類膠體生成機制與陽離子架橋形成的關聯性
微塑膠旅程的新觀點
微觀海洋-大氣界面傳輸機制的研究證明了膠體協助海水內塑膠傳輸至大氣的傳輸路徑，有別於傳統上認為微塑膠會沈降海底的認知。本研究結果不但有效解釋海洋中「消失的塑膠」去向，也以分子層級的微觀角度探討環境中化學物質與污染物互動的反應機制，可望成為未來研擬污染物防治的學理基礎。
參考文獻
[1] Chuping Lee*, Tzu-Ling Yang, Yu-Zhen Yao, Jian-You Li, Cheng-Liang Huang, Rapid Detection of Perfluorinated Sulfonic Acids Through Preconcentration by Bubble Bursting and Surface-Assisted Laser Desorption/Ionization. Mass Spectrom., 2021, 56(4), e4667
[2] Ruei-Feng Shiu*, Lu-Yi Chen, Hui-Ru Li, Gwo-Ching Gong, Chuping Lee*, New insights into the role of plastic-gels in microplastic transfer from water to the atmosphere via bubble bursting. Water Res. 2022, 222, 118856
