Plastik i środowisko

Jedną z najbardziej widocznych zmian na powierzchni naszej planety jest postępująca akumulacja tworzyw sztucznych. W ciągu zaledwie kilkudziesięciu lat masowej produkcji, wyroby z tworzyw sztucznych oraz pochodzące z nich odpady zgromadziły się na wszystkich kontynentach, a także w morzach i oceanach.

Trwałość tworzywa sztucznego jest szacowana na setki do tysięcy lat i jest uzależniona od warunków środowiskowych. Przy masowym wzroście ilości tych odpadów rośnie też zagrożenie ekologiczne.

Degradacja tworzyw sztucznych wydaje się więc zjawiskiem pożądanym, jednak nie jest to takie proste, aby wykonane z nich przedmioty przestały być szkodliwe dla środowiska przyrodniczego. Pod wpływem warunków atmosferycznych oraz w wyniku działania mikroorganizmów i uszkodzeń mechanicznych przedmioty z plastiku zaczynają zmieniać swoją strukturę i właściwości. W długiej skali czasowej stopniowo kruszą się i rozpadają na drobne fragmenty. Wbrew pozorom, nie jest to wcale proces korzystny, ponieważ te coraz drobniejsze fragmenty rozprzestrzeniają się w środowisku. Najmniejsze z nich mają rozmiar poniżej 1 mm (mikroplastik) i trafiają do gleby, wód lądowych i morskich, z pożywieniem do ciał zwierząt, w tym naszych, są przenoszone z powietrzem, skąd mogą dostawać się do płuc, a dalej z prądem krwi są roznoszone po całym organizmie. To nie pozostaje bez znaczenia dla naszego zdrowia. Mikroplastik działa toksycznie między innymi na komórki przewodu pokarmowego ludzi. [1]

Wraz z rozpadem sieci polimerowych budujących tworzywa sztuczne uwolnieniu ulegają również dodatki, mające nadawać tym tworzywom pożądane właściwości. Cząsteczki tych substancji również trafiają wprost do środowiska naturalnego, a wiele z nich może wykazywać działanie szkodliwe na organizmy żywe.

Jak powstają tworzywa sztuczne? I jak wygląda ich degradacja?

Sposób w jaki rozpadają się tworzywa sztuczne wynika z ich budowy chemicznej. Dlatego warto przytoczyć kilka informacji na ten temat.

Struktura tworzyw sztucznych przypomina sieć wielokrotnie powtórzonych i połączonych wiązaniami podjednostek zbudowanych z atomów węgla i wodoru. Stąd wywodzi się określenie polimer – czyli struktura złożona z wielu (zaczerpnięty z greckiego przedrostek poli-) podjednostek nazywanych merami (polimer = wiele merów). Polimery są narażone na działanie promieni słonecznych, tlenu zawartego w powietrzu i czynników fizycznych, takich jak zmiany temperatury czy mechaniczne uderzenia, z czasem ulegają starzeniu i degradacji.

Pierwszymi widocznymi efektami degradacji polimeru są zmiany koloru i pękanie powierzchni. Uszkodzenia powierzchniowe sprawiają, że wnętrze tworzywa sztucznego jest dostępne do dalszych zmian i rozpadu. Procesy prowadzące do degradacji zarówno fizycznej, jak i biologicznej rozpoczynają się na powierzchni plastiku. Dlatego degradacja najmniejszych fragmentów (mikroplastik) zachodzi szybciej niż w przypadku tych o większych rozmiarach. Gdy plastik rozpada się dochodzi do uwolnienia produktów degradacji samego polimeru, ale również zawartych w nim dodatków.

Mniejsze fragmenty polimeru powstałe w wyniku degradacji mogą następnie ulegać dalszemu rozkładowi powodowanemu przez niektóre mikroorganizmy żywe. Proces ten nosi nazwę biodegradacji, ponieważ zachodzi dzięki działaniu organizmów żywych i produkowanych przez nie enzymów. Małe cząsteczki tworzyw sztucznych mogą przedostawać się do wnętrza komórek mikroorganizmów i tam ulegać dalszemu rozkładowi. Niektóre drobnoustroje wydzielają do środowiska również enzymy zewnątrzkomórkowe, zdolne degradować polimery niektórych tworzyw sztucznych.  [2]

Dodatki do plastiku

Polimery rzadko stosowane są w czystej postaci. Prawie wszystkie komercyjnie dostępne tworzywa sztuczne zawierają dodatki poprawiające właściwości i przedłużające ich żywotność. Dlatego wraz z rozpadem sieci polimerowej uwalniane są również te dodatkowe substancje. Dodatki mają również wpływ na tempo degradacji tworzyw sztucznych w środowisku przyrodniczym. 

Pomimo przydatności tych substancji w wytwarzaniu produktów polimerowych, są one źródłem zanieczyszczania gleby, powietrza, wody i żywności. Substancje te mogą przemieszczać się, co stwarza zagrożenie dla ludzi (np. w przypadku opakowań i przedmiotów mających kontakt z żywnością). Mogą również być uwalniane z tworzyw sztucznych podczas recyklingu oraz podczas procesu odzyskiwania materiałów. Dlatego recykling powinien być prowadzony w taki sposób, aby unikać emisji tych substancji, zapewniając ochronę środowiska i zdrowia ludzi.

Gama substancji funkcjonujących jako dodatki jest bardzo szeroka. Zaliczają się do nich barwniki nadające przedmiotom oczekiwany kolor, wypełniacze i wzmocnienia mechaniczne. Używane są również dodatki funkcjonalne, dzięki którym producenci tworzyw sztucznych nadają im pożądane właściwości. Są to stabilizatory opóźniające degradację tworzyw wystawionych na działanie światła UV, stabilizatory termiczne, środki zmniejszające palność, plastyfikatory, utwardzacze, środki antystatyczne. [3] Wiele z nich może szkodliwie wpływać na środowisko, w tym także na żyjące w nim organizmy.

Obieg mikroplastiku w przyrodzie

Najlepszym losem, jaki może spotkać przedmioty z tworzyw sztucznych, po tym, kiedy przestaną być już potrzebne, jest ich bezpieczne przetworzenie i powrót do użycia. Recykling jest ideą jak najbardziej zasługującą na wsparcie. Jednak ze względów technologicznych nie wszystkie już wytworzone dobra mogą mu podlegać. Wtedy najczęściej trafiają na wysypiska, gdzie pryzmy odpadów, w tym tworzyw sztucznych, narażone są na działanie deszczu, śniegu, zmian temperatur, promieniowania słonecznego i działanie mikroorganizmów. Dodatkowo są zgniatane mechanicznie, aby zmniejszyć objętość pryzm odpadów. Wszystko to przyśpiesza starzenie tworzyw.

Powstające w ten sposób odłamki i fragmenty mikroplastiku wyruszają w podróż. Rozprzestrzeniają się w glebie, z wodą opadową spływają do rzek, zbiorników powierzchniowych oraz dalej do mórz i oceanów. Są też porywane i unoszone przez wiatr. W ten sposób są w stanie dotrzeć nawet do najbardziej niedostępnych zakątków Ziemi, także tych dotychczas niezdegradowanych ludzką działalnością (np. obszary okołobiegunowe, wysokie pasma górskie). Deszcz i śnieg oczyszczają powietrze z mikrosplastiku, który wraz z opadem powtórnie spada na powierzchnię lądów oraz mórz.

Mikroplastik powstaje również podczas produkcji przemysłowej i obróbki polimerów. Znaczne ilości mikroplastiku uwalniają się w wyniku codziennego użytkowania przedmiotów z tworzyw sztucznych. Można tu między innymi wymienić pył i drobne fragmenty powstające ze ścierających się opon samochodowych czy mikrowłókna uwalniane podczas każdego prania tkanin syntetycznych. Plastikowe granulki bywają też dodatkiem do kosmetyków, past do mycia zębów, peelingów czy preparatów do sprzątania.

Plastik i produkty jego rozpadu stanowią niemniejszy problem dla ekosystemów morskich. Część zanieczyszczeń stanowi mikroplastik spływający już z lądów. Reszta powstaje z odpadów wyrzucanych nielegalnie w strefie przybrzeżnej i zmywanych do morza lub tych, które wyrzucono wprost do toni morskiej. Warunki w akwenach morskich potęgują degradację tworzyw i uwalnianie ich fragmentów. Pływy i fale przyboju mechanicznie mielą tworzywa na mniejsze fragmenty. Swoje robią też mocno operujące słońce, temperatura i plankton przyczyniający się do biodegradacji. Mikroplastik unosi się w toni morskiej i przy powierzchni wody. Z łatwością jest spożywany przez ryby i inne organizmy morskie, które, tak jak my wciągamy powietrze z mikroplastikiem, zasysają wodę „wzbogaconą” plastikowymi drobinkami. W ten sposób mikroplastik wkracza do łańcucha pokarmowego i dostaje się do organizmów kolejnych konsumentów, wracając także do nas, gdy konsumujemy np. ryby czy wodne skorupiaki.

Większe fragmenty plastiku unoszące się na powierzchni wody, znoszone prądami i spychane wiatrem, tworzą olbrzymie oceaniczne zbiorowiska odpadów. Przykładem może być Wielka Pacyficzna Plama Śmieci gromadząca trudną do wyobrażenia masę odpadów, liczącą dziesiątki tysięcy ton śmieci. Odpady w środowisku morskim niosą też wiele zagrożeń dla żyjących tam zwierząt. Giną one zaplątane w porzucone sieci lub po połknięciu kawałków plastiku, które omyłkowo biorą za pożywienie. [4], [5], [6]

Mikroplastik, pomimo swoich mikroskopijnych rozmiarów, stanowi bardzo duży problem dla Ziemi. Zanieczyszczenie tworzywami sztucznymi urosło do rangi globalnego problemu, z którym mierzymy się już teraz i nie unikniemy tego w przyszłości. W ciągu kilkudziesięciu lat, które upłynęły od tak szerokiego upowszechnienia plastiku “udało nam się” rozpowszechnić go od atmosfery, aż po głębie oceaniczne. To niechlubne osiągnięcie zostało upamiętnione przez nadanie nowoodkrytemu gatunkowi skorupiaka nazwy systematycznej Eurythenes plasticus. Został on odnaleziony w 2020 roku, kiedy z głębin Rowu Mariańskiego wyłowiono egzemplarz, który w swoim niewielkim ciałku zawierał fragment włókna syntetycznego. [6] Nawet na głębokości niemal 7 kilometrów pod powierzchnią wody nie udało mu się ukryć przed plastikiem.

Źródła:

1. Hirt N., Body-Malapel M. "Immunotoxicity and intestinal effects of nano- and microplastics: a review of the literature", 2020, Particle and Fibre Toxicology; https://particleandfibretoxicology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12989-020-00387-7
   
2. Gewert, M. M. Plassmann, and M. MacLeod, “Pathways for degradation of plastic polymers floating in the marine environment,” 2015, Environmental Sciences: Processes and Impacts; https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/em/c5em00207a
   
3. N. Hahladakis, C. A. Velis, R. Weber, E. Iacovidou, and P. Purnell, “An overview of chemical additives present in plastics: Migration, release, fate and environmental impact during their use, disposal and recycling,” 2018, Journal of Hazardous Materials; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29035713/
   
4. Mallavarapu, “Airborne Microplastics: A Global Issue With Implications For Human Health,” 2021, Young Scientists Journal; https://ysjournal.com/earth-science/airborne-microplastics-a-global-issue-with-implications-for-human-health/
   
5. Brahney et al., “Constraining the atmospheric limb of the plastic cycle,” 2021, Proceedings of the National Academy of Sciences; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33846251/
   
6. Wu et al., “Environmental occurrences, fate, and impacts of microplastic,” 2019, Ecotoxicology and Environmental Safety;
7. N.J. Weston et al., New species of Eurythenes from hadal depths of the Mariana Trench, Pacific Ocean (Crustacea: Amphipoda), 2020, „Zootaxa”; https://www.researchgate.net/publication/339724434_New_species_of_Eurythenes_from_hadal_depths_of_the_Mariana_Trench_Pacific_Ocean_Crustacea_Amphipoda
   
8. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0147651319309431
   
9. https://pl.wikipedia.org/wiki/Mikroplastik
   
10. https://en.wikipedia.org/wiki/Microplastics
    
11. https://pl.wikipedia.org/wiki/Wielka_Pacyficzna_Plama_%C5%9Amieci