西北极水柱中的微塑料污染：从纯净状态向污染状态的转变

《Chemosphere》：Microplastic contamination in the western Arctic water column: A transition from pristine to polluted

北极西部海域微塑料污染特征及垂直分布研究，通过CTD采样器采集324份水样，发现平均浓度0.06颗粒/升，最高达0.22颗粒/升，以蓝色纤维状聚烯烃为主，主要分布于极混合层（59%）、太平洋/大西洋混合层（22%）和北大西洋中间层（19%）。

　　北极海洋，曾经被视为一个纯净且未受干扰的冰封区域，如今正面临日益严重的微塑料污染威胁。本研究提供了关于北极西部海洋水体中微塑料污染的定量数据。研究团队通过使用CTD（电导率、温度和深度）罗塞塔采样器，从9米到297米的深度范围内收集了324个重复的水样。随后，利用微傅里叶变换红外光谱（μ-FTIR）技术对分离出的微塑料进行了分析。结果显示，微塑料的平均丰度为每升0.06个颗粒，其中贝aufort海站点（BFS 26）记录到了最高的浓度，达到每升0.22个颗粒。这些微塑料主要呈现出蓝色和纤维状的特征，且尺寸较小，大多由聚烯烃类塑料构成。从垂直分布来看，微塑料主要集中在极地混合层（占比59%）、太平洋或大西洋卤水层（占比22%）以及大西洋水的中间层（占比19%）。本研究不仅揭示了微塑料在水体中的分布特征，还提供了其形态特征以及可能来源的深入分析，为理解北极地区微塑料污染的来源与影响提供了重要的参考依据。

随着全球气候变化的加剧，北极海冰的融化速度显著加快（Peeken等，2018），这一变化不仅导致了海冰覆盖范围的缩小，还为新的海上航道开辟提供了可能（Qi等，2024），从而增加了人类活动在该地区的频率和强度。海冰的减少使得北极海洋更容易受到人类活动带来的塑料污染影响。微塑料作为塑料污染的重要组成部分，因其体积小、分布广、难以降解的特性，对北极生态系统的潜在威胁尤为严重。微塑料污染不仅来源于直接排放，如船舶运输和河流排放，还可能通过生物迁移和海洋洋流的跨区域传输间接进入北极海洋（Kanhai等，2018）。这些复杂的来源使得微塑料污染的追踪和治理变得更加困难。尽管北极地区远离主要的塑料生产和消费中心，但其独特的地理和气候条件，使得微塑料能够通过全球海洋热盐环流等机制，从低纬度地区被输送到北极区域。据估计，每年可能有高达37.8×10^4 km3的海水进入北极，其中可能携带约1.8×10^10个微塑料颗粒或420吨的塑料污染物（Ikenoue等，2023a）。尽管各国在减少塑料污染方面采取了多种措施，但这些努力在很大程度上仍无法完全阻止微塑料的持续输入。

近年来，围绕北极地区微塑料污染的研究逐渐增多，研究对象涵盖了雪、海冰、海冰下的水体、表层和深层水体、沉积物以及各种生物和底栖生物等（Mishra等，2021）。然而，相较于低纬度地区，北极地区关于微塑料污染的研究仍显不足，尤其是在水体中的微塑料分布和丰度方面。许多研究主要集中在海冰、表层水体以及深度较浅的水层（如6至8米），而对于整个水体中微塑料的分布情况了解有限。此外，由于北极地区常年被海冰覆盖，使得对微塑料的量化研究面临较大挑战。一些研究尝试通过将表层微塑料浓度转换为整个水体的浓度来估算微塑料污染，但这种方法在精确性上仍存在局限。

本研究聚焦于北极西部海洋的水体微塑料污染，旨在填补关于该区域微塑料分布、丰度及其可能来源的研究空白。北极西部海洋包括白令海峡、切柳斯金海、阿留申海以及马更些海的边缘海区，这些区域具有独特的海洋环境和生态条件。白令海峡是连接亚洲和北美洲的狭窄通道，而切柳斯金海和马更些海则覆盖了广阔的水域。该区域的微塑料污染情况不仅反映了全球塑料污染的扩散趋势，还可能对北极生态系统产生深远影响。微塑料的存在可能改变水体的物理和化学性质，影响海洋生物的生存环境，甚至通过食物链传递，对整个生态系统造成潜在威胁。

研究结果表明，微塑料在北极西部海洋水体中的分布具有明显的垂直分层特征。极地混合层（Polar Mixed Layer）是微塑料的主要聚集区域，占比达到59%。这一层通常指海冰下未被冻结的水体，由于其温度和盐度的变化较为剧烈，容易成为微塑料的暂时聚集区。此外，太平洋或大西洋卤水层（占比22%）和大西洋水的中间层（占比19%）也表现出较高的微塑料丰度。这些分布特征可能与洋流运动、海冰的形成与融化过程以及微塑料的物理化学性质密切相关。例如，微塑料的密度差异可能影响其在不同水层中的分布，而海冰的形成和融化过程则可能对微塑料的沉降和再悬浮产生重要影响。

从形态特征来看，研究中发现的微塑料主要为纤维状，且尺寸普遍小于500微米。这些微塑料大多由聚烯烃类塑料构成，包括聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等常见塑料类型。聚烯烃因其密度较低，容易漂浮在水体表面，但其细小的尺寸和表面特性可能使其更容易被海洋生物误食，或在海冰中被滞留。此外，微塑料的表面可能附着其他污染物，如重金属、有机化合物等，进一步加剧其对环境和生态系统的危害。研究还发现，某些站点的微塑料浓度相对较低，这可能与地理位置、洋流强度以及海冰覆盖情况等因素有关。例如，白令海峡、切柳斯金海和阿留申海的站点普遍表现出较低的微塑料浓度，而贝aufort海的北部站点（BFS 26）则记录到了最高的浓度，这可能与其特殊的地理位置和海冰动态有关。

在微塑料的来源方面，研究推测北极西部海洋的微塑料污染可能主要来源于太平洋地区。由于白令海峡是连接太平洋和北极海洋的重要通道，太平洋的塑料污染物可能通过洋流的输送进入北极区域。然而，北极地区的海冰覆盖使得微塑料的扩散和积累受到一定限制。因此，研究认为，微塑料可能在某些特定的水体区域（如切柳斯金海和贝aufort海）发生临时积累，而海床则可能成为微塑料的长期沉积场所。这一观点与之前关于微塑料在北极地区可能沉降至海底的研究结果相吻合（Cózar等，2017；Peeken等，2018）。此外，研究还指出，微塑料的来源不仅限于海洋内部的输送，还可能包括陆源输入，如河流排放和沿海地区的废弃物。这些陆源输入可能通过河流系统将微塑料带入海洋，再通过洋流的输运进入北极区域。

研究还强调了季节变化对微塑料分布的影响。在海冰覆盖的季节，微塑料可能被限制在较浅的水层，而在海冰融化后的夏季，微塑料可能更容易扩散到更深的水层。这种季节性的变化不仅影响微塑料的垂直分布，还可能改变其在水体中的物理状态和化学性质。例如，海冰的形成和融化过程可能导致微塑料的再悬浮和再分布，从而影响其在水体中的浓度和迁移路径。此外，生物因素也可能在微塑料的分布和迁移中起到重要作用。某些海洋生物可能通过摄食、附着等方式将微塑料带入更深的水层，或将其转移到其他生态系统中，从而扩大微塑料的污染范围。

研究团队在方法学上采用了较为先进的技术手段，以确保数据的准确性和可靠性。通过使用CTD罗塞塔采样器，研究团队能够在不同深度采集水样，并利用μ-FTIR技术对微塑料进行快速、准确的识别和分类。这种方法不仅提高了研究的效率，还减少了人为误差的可能性。此外，研究团队还对空白样品进行了严格的检测，以排除实验过程中可能引入的污染。结果显示，所有空白样品均未检测到微塑料颗粒，这表明实验过程的严谨性和数据的可信度较高。

尽管本研究提供了关于北极西部海洋微塑料污染的重要信息，但其结果仍需结合其他研究进行综合分析。例如，关于北极地区微塑料污染的研究还存在一些空白，特别是在水体不同深度的微塑料分布特征、微塑料的降解过程以及其对海洋生物的具体影响等方面。此外，由于北极地区的气候条件复杂多变，微塑料的分布可能受到多种因素的共同影响，包括海冰的动态变化、洋流的输送路径以及生物活动等。因此，未来的研究需要进一步探讨这些因素之间的相互作用，以更全面地理解微塑料在北极海洋中的行为和影响。

研究的发现对于制定有效的微塑料污染防治策略具有重要意义。北极地区的微塑料污染不仅反映了全球塑料污染的扩散趋势，还可能对北极生态系统的稳定性构成威胁。因此，针对北极地区的微塑料污染治理需要采取多方面的措施，包括减少塑料废弃物的排放、加强海洋监测和研究、以及推动国际合作等。此外，研究还建议，未来的研究应更加关注北极地区的微塑料污染动态，特别是在不同季节和不同海冰覆盖条件下微塑料的分布变化。这将有助于更准确地评估微塑料污染的潜在影响，并为制定针对性的治理措施提供科学依据。

总体而言，本研究揭示了北极西部海洋中微塑料污染的现状及其分布特征，为理解微塑料在北极地区的传播路径和来源提供了新的视角。尽管北极地区仍被认为是较为纯净的环境，但其微塑料污染问题正在变得越来越严重。随着全球气候变化的持续影响和人类活动的增加，北极海洋的微塑料污染可能进一步加剧。因此，加强对北极地区微塑料污染的研究和监测，不仅有助于保护这一独特的生态系统，还可能为全球范围内的塑料污染防治提供重要的参考价值。