Sunlight pulps the plastic soup

~~ for Dutch scroll down ~~

Missing Plastic Paradox
Since the mass production of plastics began in the 1950s, a significant portion of plastic waste has made its way to the ocean via rivers, blown off from land by winds or directly dumped from ships. But the amount of plastic that is actually found in the ocean is only a fraction of what has entered the ocean. The majority is literally lost. In science, this problem is known as the Missing Plastic Paradox. To investigate if degradation by UV light can explain some of the vanished plastic, Delre and colleagues conducted experiments in the laboratory.

Artificial sun and sea
In a container filled with simulated seawater, the researchers mixed small plastic pieces. They then stirred this plastic soup automatically under a lamp that mimiced UV light from the sun. Gases and dissolved compounds including nanoplastics that leached from the degrading plastic pieces were then captured and analysed.

Slow degradation
From these measurements, the researchers measured that at least 1.7 percent of (visible) microplastics break down annually. For the most part it breaks down into ever smaller pieces including the (invisible) nanoplastics as well as into molecules that one also finds in crude oil. Potentially, some of these can be broken down further by bacteria. Only a small fraction is fully oxidized to the relatively harmless CO2.

Fed into a more complex calculation, accounting for the release of floating plastic to the ocean, beaching and ongoing photodegradation at the ocean surface, the breakdown by sunlight could have transformed a fifth (22%) of all floating plastic that has ever been released to the ocean, mostly to smaller, dissolved particles and compounds.

"With these calculations, we put an important piece in the jigsaw of the Missing Plastic Paradox in place," says Helge Niemann, researcher at NIOZ and professor of microbial and isotopic biogeochemistry at the Earth Sciences Department of at Utrecht University and one of the supervisors of PhD student Delre.

Effects on marine life
Potentially, there may be good news in this research, says Niemann. "In part, the plastic breaks down into substances that can be completely broken down by bacteria. But for another part, the plastic remains in the water as invisible nanoparticles."

In an earlier study with ‘real’ Wadden Sea water and North Sea water Niemann and colleagues already showed that a substantial part of the missing plastics floats in the oceans as invisible nanoparticles. "The precise effects of these particles on algae, fish and other life in the oceans are still largely unclear," says Niemann. "With these experiments under UV light, we can explain another part of the plastic paradox. We need to continue investigating the fate of the remaining plastic. Also, we need to investigate what all this micro and nano plastic does to marine life. Even more important”, Niemann stresses, “is to stop plastic littering all together, as this thickens the ocean’s plastic soup."

Zonlicht pureert de plastic soep

UV-licht van de zon breekt drijvend plastic op de oceanen langzaam af; deels tot onzichtbare, zwevende plasticdeeltjes, maar voor een ander deel ook tot stoffen die vervolgens door bacteriën helemaal kunnen worden afgebroken. Dat blijkt uit experimenten in het laboratorium van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee, NIOZ, op Texel. In het jongste nummer van het Marine Polution Bulletin becijferen promovenda Annalisa Delre en collega’s dat jaarlijks een kleine twee procent van het drijvende plastic op deze manier in de waterkolom verdwijnt. “Dat lijkt misschien weinig, maar jaar op jaar verklaart deze afbraak door zonlicht wel degelijk een flink deel van de plastic soep die we sinds de jaren vijftig kwijt zijn in de oceanen”, zegt Delre.

Verdwenen Plastic Paradox
Sinds de massale productie van plastics in de jaren vijftig van de vorige eeuw begon, is een aanzienlijk deel van het plastic afval via de rivieren, de wind of het dumpen vanaf schepen naar de oceanen verdwenen. Maar de hoeveelheid plastic die daadwerkelijk in de oceanen wordt gevonden, is maar een fractie van die hoeveelheid afval. In de wetenschap staat dit probleem bekend als de Verdwenen Plastic Paradox. Om te zien of afbraak door UV-licht een deel van dat verdwenen plastic kan verklaren, deden Delre en collega’s experimenten in het laboratorium.

Kunstmatige zon en zee
In een vat met nagemaakt zeewater mengden de onderzoekers kleine stukje plastics. Dat water roerden ze vervolgens automatisch, terwijl een lamp het UV-licht nabootste zoals dat via de zon op de oceaan straalt. De stoffen en deeltjes die uit de afbraak van plastic ontstonden vingen de onderzoekers op om ze te analyseren.

Langzame afbraak
Uit de metingen bleek dat jaarlijks tenminste 1,7 procent van de (zichtbare) microplastics door zonlicht wordt afgebroken. Deels breekt het af tot (onzichtbare) nanoplastics en voor een ander deel ook tot stoffen die potentieel kunnen worden afgebroken door bacteriën. Als deze getallen jaar op jaar worden doorgerekend, dan verklaart de afbraak door zonlicht tot ruim een vijfde (22 %) van de ‘verdwenen’ hoeveelheid plastic in de oceanen.

“Hiermee leggen we een belangrijk puzzelstuk op zijn plek, in de Verdwenen Plastic Paradox”, zegt NIOZ-onderzoeker Helge Niemann, tevens bijzonder hoogleraar Microbiële en isotopen biogeochemie bij het departement Aardwetenschappen van Universiteit Utrecht en één van de begeleiders van promovenda Delre.

Effecten op het zeeleven
Potentieel schuilt er goed nieuws in dit onderzoek, zegt Niemann. “Deels wordt het plastic afgebroken tot stoffen die door bacteriën helemaal kunnen worden afgebroken. Maar voor aan ander deel blijft het plastic in het water zitten als onzichtbare nanodeeltjes.”
In een eerder onderzoek met ‘echt’ Waddenzeewater en Noordzeewater lieten Niemann en collega’s al zien dat een substantieel deel van de verdwenen plastics als onzichtbare nanodeeltjes in de oceanen zweeft. “De precieze effecten van die deeltjes op algen, vissen en het andere leven in de oceanen zijn nog grotendeels onduidelijk”, zegt Niemann. “Met deze experimenten onder UV-licht kunnen we weer een deel van het verdwenen plastic verklaren. We moeten niet alleen verder zoeken naar wat er met de rest van het plastic gebeurt, maar ook onderzoeken wat dit met het zeeleven doet. Nog belangrijker is het natuurlijk, om de aanvoer van de plastic soep via de rivieren naar de oceanen te stoppen.”