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북대서양 대기에서 타이어 마모 입자를 포함한 미세플라스틱 질량 부하의 발생 및 역추적
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북대서양 대기에서 타이어 마모 입자를 포함한 미세플라스틱 질량 부하의 발생 및 역추적

Jun 25, 2023

Nature Communications 14권, 기사 번호: 3707(2023) 이 기사 인용

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해양 대기 중 타이어 마모 입자(TWP)를 포함한 미세 플라스틱(MP)의 발생을 보고하는 연구는 거의 없으며 크기나 출처에 관한 데이터도 거의 없습니다. 여기에서는 해양 대기의 구성 및 MP 질량 부하를 평가하기 위한 능동 공기 샘플링 장치(저용량 및 대용량 샘플러)를 제시합니다. 노르웨이 해안을 따라 Bear Island까지 연구 순항 중에 공기를 샘플링했습니다. 샘플은 열분해-가스 크로마토그래피-질량 분석법으로 분석되어 해양 대기의 MP에 대한 질량 기반 데이터 세트를 생성했습니다. 여기서 우리는 최대 37.5ngm−3의 농도를 가진 멀리 떨어진 북극 지역에서도 MP의 편재성을 보여줍니다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 클러스터(최대 1.5ng m−3)가 보편적으로 존재했습니다. TWP(최대 35ng m−3)와 폴리스티렌, 폴리프로필렌 및 ​​폴리우레탄 클러스터(최대 1.1ng m−3)도 검출되었습니다. 대기 수송 및 분산 모델은 해양 및 육상 기반 배출에서 해양 대기로 MP가 유입되어 해양을 싱크대에서 MP의 공급원으로 변환하는 것을 제안했습니다.

최근 공기 중 미세플라스틱(MP)에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 대기 중 1μm~5mm 크기 범위 내의 이러한 작은 플라스틱 입자를 기록한 연구가 나타나고 있습니다1,2,3,4,5. 그럼에도 불구하고 대기 중 MP 수송과 해양-대기 플럭스는 널리 알려져 있지 않습니다6. 대기 경로에 대한 시뮬레이션은 상당한 양의 육상 마이크로 및 나노 플라스틱이 대기를 통해 해양 환경으로 이동되고 있음을 시사합니다6,7,8. 타이어 마모 입자(TWP)의 대기 수송에 초점을 맞춘 한 연구에서는 PM2.5(공기 역학적 직경 ≤2.5μm) 크기 범위의 TWP가 더 큰 입자(PM10, 공기 역학적 직경 <10μm)보다 대기 중에 더 광범위하게 분산된 것으로 계산되었습니다. 더 큰 TWP(PM10 포함)가 핫스팟 배출 지역 근처에 퇴적된 반면, PM2.5 크기 범위의 입자는 극지방에도 도달했으므로 해양 대기 MP 오염을 분석할 때 매우 관련성이 높은 크기 범위입니다8. 심판의 최근 연구. 9는 MP가 바다에 머무를 뿐만 아니라 바다 물보라와 기포 파열을 통해 해양 대기로 다시 방출될 수도 있다고 제안했습니다. 두 가지 추가 연구에서는 MP의 해양 재배출이 대기 MP의 가장 중요한 원천으로 여겨져 연간 전 세계 배출량이 80만 미터톤을 넘는 것으로 나타났습니다7,10.

모든 유형의 입자, 섬유 및 합성 기원의 파편, 마모된 폴리머 기반 페인트 조각 및 TWP가 이제 MP11의 정의에 포함됩니다. 가장 많이 사용되는 폴리머는 열가소성 폴리머인 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET), 폴리(염화비닐)(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리(메틸 메타크릴레이트)입니다. )(PMMA) 및 폴리아미드(PA6). 이러한 기본 폴리머는 일반적으로 대기와 환경에서 가장 많이 검출되는 폴리머이기도 합니다. 수요가 많고 환경에서 자주 발견되는 폴리우레탄(PUR)과 함께4,12,13,14,15,16,17,18 이러한 폴리머는 유럽 플라스틱 수요의 ~80%를 차지합니다19. TWP는 천연 및 합성 탄성 고무로 제조된 타이어 트레드에서 방출됩니다20,21.

일반적으로 대기 중 MP를 분석하는 연구는 드물며, 특히 해양 대기와 대기가 해양 환경으로 이동하는 경로에 관한 경우 더욱 그렇습니다. 종합적인 검토6는 보충 정보 SI에 표시되는 6개의 출판물을 요약했습니다. (표 S1) 참고 문헌의 최신 연구와 함께. 22. 제시된 데이터는 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 또는 μ-라만 분광법으로 분석된 입자 수 기반 농도로 제한되었습니다. <200 µm 크기 범위에서 MP 수의 범위는 최대 85개 입자 m−3(참조 23,24,25,26)이며 일부 입자는 5~10 µm만큼 작은 것으로 확인되었습니다25.

10 µm, and the high-volume sampler (HVS)./p>10 µm for LV & HV samples; 5 −10 µm for LV samples). Marine coatings are amongst others a plausible source of C-PMMA31. On the R/V Heincke polishing and painting the ship was a daily routine for the crew. This might be mirrored in the operational blanks, particularly in the elevated C-PMMA contents of the HV samplers, where direct contact with the ship environment was inevitable (Fig. 1). C-PMMA concentrations in the air were unquestionably of anthropogenic origin. However, differentiation of the high C-PMMA load between northern Atlantic air (and ships in general) and from the ship, as the sampling platform, was impossible. Accordingly, we decided to exclude C-PMMA from further discussion./p>10 µm size fraction of both samplers (LV and HV) contained C-PC in all samples and operational blanks (Fig. 1) in comparable concentrations of ~30 ng sample−1 or operational blank−1. Again, the origin of this polymer cluster in the >10 µm size fraction could not be exclusively assigned to the northern Atlantic air, but more likely to ship work related to epoxide coatings31 and to the samplers themselves. This led to the exclusion of C-PC in the >10 µm size fraction./p>10 µm) displayed an almost constant C-PP value for samples and operational blanks (~200 ng sample−1). Here, a sampler-related C-PP content was assumed and led to the exclusion of C-PP from LV sampler results./p>10 µm. In the 5–10 µm size fraction, five out of seven samples contained MP (Fig. 2b). Total mass loads ranged from 10 µm and <10 µm (equals 5–10 µm) size fractions. c HV samples in >10 µm size fraction. d HV samples with an adjusted y-axis (0–2 ng MP m−3). * = concentration 10 µm than in the 5–10 µm size fraction. Detailed polymer cluster data is available in the supplementary information SI, (Table S3 and S4)/p>10 µm). Arranged in descending order, the polymer concentrations were C-PET∆ > C-PP∆ > C-MDI-PUR > C-PS∆, resulting in mean relative percentages of 56% (C-PET∆), followed by 31% (C-PP∆), 11% (C-MDI-PUR), and 3% (C-PS∆)./p>10 µm was available for MP analysis. Accordingly, the comparison between the two different sampling approaches was limited to this size fraction. Unfortunately, some of the polymer clusters had to be excluded from the discussion due to their occurrence in the operational blanks. Therefore, the two sampling techniques could only be compared concerning the polymer clusters, C-PET and C-PS (Fig. 3a, b)./p> 10 µm size fraction at heights from 0–100 m above sea level for a duration of 30 days. b HYSPLIT back trajectories for the height of 30 m above sea level for a 72-h duration. Map data from Wickham H (2016). ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis. Springer-Verlag New York. ISBN 978- 3-319-24277-4, https://ggplot2.tidyverse.org./p>10 µm and 5–10 µm (stainless-steel mesh with pore size 10 µm and 5 µm, Haver & Boecker OHG, Germany). The filter holders were made entirely of aluminum and were a replica of the NILU 2-stage filter holder, open face, #9639. Sampling volumes ranged from 54 to 417 m³. Prior to deployment, the filter holders and filters were kept at 450 °C for 8 h to remove all residual MP, then mounted and packed in a laminar flow fume hood. Technische Universität Berlin (TUB) mounted two HV samplers (DIGITEL Aerosol Sampler DHA-80, DIGITEL Elektronik AG, Switzerland) on the vessel. In addition to the standard PM10 collection, particles with an aerodynamic diameter >10 µm were deposited inside the sampler around the PM10 inlet on pre-cleaned aluminum rings (∅ 30 cm) placed below the 10 inlet jets. Total sampling volumes varied between 288 and 2184 m3. The identical HV samplers were placed next to each other to create duplicate measurements per transect. The discussion is based on the mean results of the duplicates. Pictures of the air samplers and set-up are provided in the supplementary information SI, (Fig. S5)./p>10 μm were detected, we used separate runs for 0.4, 3.0, 8.0, 10, 12, 18, and 25 μm./p>

2.0.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1175%2F1520-0477%281996%29077%3C0437%3ATNYRP%3E2.0.CO%3B2" aria-label="Article reference 46" data-doi="10.1175/1520-0477(1996)0772.0.CO;2"Article ADS Google Scholar /p>