Grupa badawcza z Uniwersytetu Teksańskiego A&M w Galveston opracowała metodę pozwalającą śledzić ten problem.
Wykrywanie mikroplastiku w oceanach z kosmosu może zrewolucjonizować globalne zarządzanie środowiskiem i ochronę ekosystemów morskich. Profesor Karl Kaiser z College of Marine Sciences and Oceanography Uniwersytetu A&M w Galveston kieruje badaniami nad związkiem między obecnością mikroplastiku , kolorem wody i technologiami satelitarnymi.
Ich metoda opiera się na analizie tego, jak te małe fragmenty plastiku zmieniają światło odbijane przez powierzchnię morza, powodując zmiany widoczne z satelitów, a tym samym umożliwiając śledzenie zanieczyszczenia bez opuszczania orbity Ziemi.
Jeśli metoda ta zostanie wdrożona w praktyce, naukowcy otrzymają bezprecedensowe źródło informacji do śledzenia i ilościowej oceny globalnego rozprzestrzeniania się mikroplastiku, wykorzystując historyczne i przyszłe dane obrazów uzyskanych z kosmosu, jak wyjaśnił sam Kaiser w oświadczeniach opublikowanych przez Uniwersytet Teksański A&M.
Jedną z konsekwencji tego postępu technologicznego jest możliwość szczegółowego badania danych satelitarnych z ostatniej dekady, co jest niemożliwe przy użyciu tradycyjnych metod pobierania próbek w terenie. Kaiser zauważył: „Ciekawe jest to, że moglibyśmy cofnąć się w czasie i bardzo szybko dowiedzieć się wiele nowego o skali zanieczyszczenia” .
Specjalista podkreślił bezpośredni wpływ na akwakulturę, stwierdzając, że „moglibyśmy wykorzystać to jako narzędzie prognostyczne, aby doradzać hodowcom ryb, gdzie umieszczać stawy i sadze, aby uniknąć zanieczyszczenia”. Informacje te mogą stanowić podstawę dla środków ochronnych i ciągłego doskonalenia w sektorze rybołówstwa i przemysłu spożywczego.
Jeśli chodzi o skalę tych badań, Kaiser przewidział ich znaczenie dla polityki państwowej i aktów normatywnych: wyniki uzyskane na podstawie zdjęć satelitarnych zanieczyszczonych obszarów zostaną przedstawione federalnym i regionalnym organom w celu zwrócenia uwagi na rozprzestrzenianie się mikroplastiku i wsparcia zaostrzenia przepisów dotyczących ochrony środowiska. „Jeśli wszystko pójdzie dobrze, będziemy w stanie zmierzyć zawartość mikroplastiku, substancji chemicznych, AMF i PCB” – podkreślił Kaiser.
Mikroplastik stanowi poważne zagrożenie dla życia morskiego i ludzkiego. Te fragmenty, porównywalne pod względem wielkości z bakteriami i erytrocytami, powstają w wyniku fizycznego i chemicznego rozkładu większych wyrobów z tworzyw sztucznych. Ich niewielki rozmiar sprzyja wchłanianiu ich przez tkanki organizmów wodnych i lądowych, a także pozwala prądom oceanicznym przenosić je na znaczne odległości.
Kaiser ostrzegł przed trudnościami związanymi z pomiarem i filtrowaniem tych cząstek w dynamicznych środowiskach, takich jak ocean: „Mikroplastik jest porównywalny pod względem wielkości z bakteriami i erytrocytami, jednak jego właściwości znacznie różnią się od właściwości większych kawałków plastiku. Ze względu na swój rozmiar jest on niezwykle trudny do filtrowania i pomiaru, zwłaszcza w dynamicznym środowisku oceanicznym”.
Zatoka Galveston w Teksasie jest tego doskonałym przykładem: skupia ona najwyższe stężenie mikroplastiku w Stanach Zjednoczonych ze względu na obecność jednego z największych w kraju ośrodków produkcji tworzyw sztucznych. Środowisko to stanowi naturalne laboratorium do szczegółowej analizy dróg rozprzestrzeniania się i gromadzenia się zanieczyszczeń w wodzie. Firma Kaiser koncentruje znaczną część swoich badań naukowych na tym regionie, badając bezpośredni związek między stężeniem osadów powierzchniowych a gęstością mikroplastiku.
Podstawą propozycji jest zasada spektroskopii — metody stosowanej zarówno do analizy odległych ciał niebieskich, jak i do badania środowiska Ziemi. Spektroskopia pozwala na ilościową ocenę interakcji światła z materią, umożliwiając identyfikację długości fal, które są pochłaniane lub odbijane, a tym samym określenie składu chemicznego i materiałowego próbki.
Kaiser podkreślił: „Właściwości optyczne wód powierzchniowych są określane przez ich skład. To decyduje o tym, ile światła słonecznego jest odbijane, i właśnie to mierzą zdjęcia satelitarne. Odbite światło jest w istocie wskaźnikiem składników wody”. Uzyskane informacje pozwalają rozróżnić różne zawieszone cząsteczki, w tym mikroplastik.
Procedura wymaga opracowania i kalibracji specjalnego algorytmu do interpretacji danych satelitarnych. Algorytm ten, opracowany przez zespół Kaisera, bezpośrednio łączy kolor oceanu uzyskany zdalnie z koncentracją cząstek zawieszonych dzięki jednoczesnym pomiarom światła padającego, światła odbitego i składu próbki pobranej w tym samym miejscu i w tym samym czasie.
Kaiser podkreślił: „Algorytm, który będzie łączył dane z pomiarów zdalnych odbicia oceanu z składem wody — lub konkretnym składnikiem wody — musi być najpierw skalibrowany. Należy zmierzyć światło przychodzące i wychodzące, a także stężenie osadu w wodzie w danym momencie. To podstawowy związek”.
Obecnie istnieją technologie umożliwiające ocenę ilości zawieszonych osadów przy użyciu obserwacji satelitarnych. Nie zostały one jednak jeszcze wykorzystane do identyfikacji mikroplastiku. Kaiser wskazał perspektywy tego przełomu metodologicznego: „Narzędzia do identyfikacji ilości zawieszonych osadów na podstawie danych satelitarnych już istnieją. Po prostu nie były one jeszcze wykorzystywane do tego celu”.
Głównym założeniem jest to, że można ekstrapolować związek między mikroplastikiem a zawiesinami. Wszędzie tam, gdzie prądy przenoszą osady, przenoszą również mikroplastik, co umożliwia śledzenie zanieczyszczenia na dużych obszarach bez konieczności przeprowadzania zakrojonych na szeroką skalę kampanii fizycznego pobierania próbek.
Dostęp do pełnych historycznych serii zdjęć satelitarnych pozwala analizować ewolucję tego zjawiska w czasie i przestrzeni. Biblioteki obrazów zebrane w ciągu ostatniej dekady stanowią nieocenione źródło informacji do rekonstrukcji trajektorii zanieczyszczenia i prognozowania obszarów potencjalnego ryzyka. Zespół Kaisera planuje wykorzystać te informacje do tworzenia raportów diagnostycznych i prognoz dotyczących mobilności mikroplastiku, a także do podejmowania decyzji przez władze i producentów.
Koncepcja zakłada określenie dokładnego optycznego związku między osadami a mikroplastikiem, a także sprawdzenie algorytmu w silnie zanieczyszczonych warunkach rzeczywistych, takich jak zatoka Galveston. Model ten, opracowany na Uniwersytecie Teksańskim A&M, ma na celu wykazanie, że zanieczyszczenie tworzywami sztucznymi można śledzić z dużą dokładnością i praktycznie w czasie rzeczywistym, wykorzystując wyłącznie technologie satelitarne i zaawansowane metody analizy obliczeniowej, co eliminuje wiele ograniczeń tradycyjnych metod gromadzenia i analizy na miejscu.
