填埋塑料向地质碳循环的迁移路径及时间尺度预测：基于多尺度碎片化模型的长期演化研究

针对填埋塑料向地质碳循环迁移的时间尺度不明确问题，研究人员通过建立多尺度碎片化模型（涵盖宏塑料MaPs、微塑料MPs、细微塑料FMPs和纳米塑料NPs），结合14C示踪技术，首次量化了不同聚合物（PE/PP/PET等）的碎片化速率（k1-k3），预测MPs和FMPs峰值分别出现在157-382年和412-2118年，50%塑料碳将在80-208年内进入碳循环，为评估塑料污染的地球化学命运提供关键理论依据。

　　

塑料污染已成为全球环境挑战，其中约49%的废弃塑料最终进入填埋场。传统观点认为填埋场是塑料的长期封存场所，但近年研究发现这些塑料会逐渐破碎成微塑料（MPs，<5 mm）甚至纳米塑料（NPs，<1 μm），并通过渗滤液或大气迁移重新进入生态系统。然而，塑料从填埋场重返地质碳循环的时间尺度及其环境归趋始终是未解之谜。更令人担忧的是，这些微小塑料颗粒可能携带病原体或直接进入人体，对健康和生态安全构成潜在威胁。

针对这一科学难题，同济大学的研究团队在《Environmental Science and Ecotechnology》发表了一项开创性研究。通过采集中国东部某封场填埋场的钻孔样本（6个采样点，深度达55米），结合多尺度分析技术，首次建立了涵盖宏塑料（MaPs，20 cm-2 mm）、MPs（2 mm-100 μm）、FMPs（100 μm-1 μm）和NPs（1 μm-220 nm）的碎片化动力学模型。研究采用ATR-FTIR和μ-FTIR鉴定大颗粒聚合物，Py-GC/MS定量纳米级塑料，并通过¹⁴C同位素示踪技术追踪化石碳迁移。

研究结果揭示：

1. 塑料分布特征
   填埋废物中塑料总浓度达85-414 mg g^-1，其中PET在深层样品中占比显著升高（p < 0.05），表明其更易破碎为FMPs/NPs。SEM显示随着填埋年限增加，塑料表面出现更多孔洞和裂纹，FTIR证实PET的酯键（1720 cm^-1）水解程度最高。

2. 碎片化动力学
   零级动力学模型预测所有塑料将在157-254年内转化为MPs，412-681年内变为FMPs/NPs。PET的碎片化速率（k₁=0.012 year^-1）显著高于PE（0.0031 year^-1）和PP（0.004 year^-1），这与其分子链含杂原子的特性相关。

3. 碳迁移风险
   AMS分析显示<100 μm颗粒中86-91%的化石碳来自塑料。模型预测50%塑料碳将在80-208年内具备迁移能力，其中NPs因其溶解性（<0.7 μm）可能成为溶解有机碳的新来源。

这项研究首次量化了填埋塑料的地球化学演化时间表，揭示塑料碳并非永久封存，而是会通过长期碎片化重新参与碳循环。研究建立的动力学模型为评估全球塑料污染的环境持久性提供了量化工具，对制定填埋场长期管理策略具有重要指导意义。值得注意的是，该模型未考虑k₄-k₆（跨尺度直接碎片化路径）的影响，未来需结合实验室模拟进一步优化参数。研究结果警示：随着时间推移，填埋场可能从"塑料坟墓"转变为"塑料碳泄漏源"，这一发现将深刻影响全球碳循环模型的构建。