Mikroskopiska plastpartiklar i västerhavet, en pilotstudie över förekomst. Blå plastfiber, diameter ~20µm KIMO Sverige Utförd av www.n-research.se Fredrik Norén 070-299 23 85 Lysekil 2007-08-29 [1]
Bakgrund & sammanfattning KIMO Sverige har gett N-research i uppdrag att genomföra en pilotstudie angående förekomsten av mikroskopiska plastpartiklar i svenska västerhavet. N-research har genomfört provtagning och analys av nitton vattenprover samt tre sedimentprover från Björkö i söder till Lysekil i norr. Tidigare undersökningar har visat att antalet små plastpartiklar i havet har ökat under modern tid i samband med ökad plastproduktion (Thompson et al. 2004). Vidare är de en vektor för organiska miljögifter (Mato et al. 2001; Rios et al. 2007; Takada 2006) samt utgör en dödlig fara för havslevande fåglar (Ryan 1987), fiskar (Vlietstra and Parga 2002) och ryggradslösa djur (Thompson et al. 2004). Förekomsten av större plastskräp i havet har studerats betydligt mer än förekomsten av mikroskopiska dito och denna undersökning syftar på att för första gången kvantitativt uppskatta förekomsten av mikroskopiska plastpartiklar på svenska västkusten. Sammanfattande resultat: Jämfört med tidigare undersökningar av mikroskopiska plastpartiklar har vi, förutom att göra jämförbara prover med en planktonhåv på 450µm, även analyserat plastpartiklar vilka fastnar i ett nät med maskvidd 80µm och funnit att antalet sådana plastpartiklar är mycket större än tidigare rapporterat från 450µm håvningar. Mängden plastpartiklar i håvningarna med 450µm håven visar preliminärt på samma mängd partiklar (0,01 0,14 per m 3 ) jämfört med tidigare undersökningar från andra havsområden (0,01 7 per m 3 ). Mängden plastpartiklar som fastnade i 80µm håven varierade från 150 till 2400 per m 3 utmed Bohuskusten med ett undantag för industrihamnen i Stenungsund där antalet plastpartiklar uppskattades till 102 000 per m 3 i en hamn. Mängden plastfibrer var betydligt högre inne i Lysekils hamn (1100 2400 per m 3 ) än i skärgården utanför (310 560 per m 3 ). [2]
Metoder Tidigare undersökningar har genomförts på, i huvudsak, två sätt; antingen genom att använda sig av en planktonhåv för att koncentrera upp plastpartiklar ur den ytliga vattenmassan eller genom att vaska fram flytande plastpartiklar ur sedimentprover. Detta pilotförsök utfördes på så liknande sätt som möjligt för att kunna jämföra resultaten med tidigare undersökningar. Vi utökade även metodiken till att omfatta de mindre plastpartiklarna (<450µm) genom att ta vattenprover med en mer finmaskig planktonhåv. Lokaler Sexton lokaler utmed Bohuskusten valdes för provtagning för att få en relativt god spridning mellan yttre och inre skärgård samt mellan opåverkat och hamnpåverkade prover. Se tabell 1. Tabell 1 Provtagningslokaler under pilotstudien Lokal Notering Provtyp Lysekil, Södra hamnen, yttre ponton Mycket fritidsbåtar i hamnen under provtagningen i Lysekil. 25/7-07 80µm håv Lysekil, Södra hamnen, inre hamnen Prov längst in i hamnen, mycket skräp i vattnet. Vindskyddat läge. 25/7-07 80µm håv Lysekil, Södra hamnen, Norra Släggö Inte i samma vattenpaket som stora båthamnen utan mer rent Gullmarsvatten. 25/7-07 80µm håv Lysekil, yttre Släggö Gullmarsvatten. 25/7-07 80µm håv Björkö hamn Blåsig dag med gott vattenutbyte 80µm håv Björkö färja Klart vatten vid provtagning 80µm håv Tjuvkils huvud, hamnen Liten hamn, prov vid jollebryggan 80µm håv, sedimentprov Stenungsund, provställe 3 Industriområde, prov från inre del av beväxt vik 80µm håv, sedimentprov Stenungssunds fritidsbåtshamn Hamnen utanför köpcentrat 80µm håv Stenungsund, provställe 4 Industriområde, prov från klippor 80µm håv Stenungsund, industrihamn Kommunens öppna industri/yrkeshamn 80µm håv, sedimentprov Lysekil, Gäven-Byxeskär Mellan Gäven och Byxeskär (1 1,5 NM väst Lysekil) 80µm håv Lysekil, Gäven Söder om Gäven (2,5 NM väst Lysekil) 80µm håv Lysekil, Gullmaren, Blåbergsholmen Väst Blåbergsholmen 450µm håv Lysekil, Islandsberg, provdrag 1 Väst vågenergiparken 450µm håv Lysekil, Islandsberg, provdrag 2 Öst vågenergiparken 450µm håv Metoder enligt tidigare undersökningar För att kvantifiera mängden plastpartiklar i vattenmassan användes en planktonhåv avsedd för fiskägg/larver från fartyg (1x2meter med 0,947mm maskor) som trålades i fem knop under tio minuter (Colton et al. 1974) eller en Mantatrål, 0,9x0,15m, med [3]
333μm maskor. Tråldragets längd varierade mellan 5 km och 19km vilket ger en ungefärlig volym på 675m 3 till 2565m 3 (Lattin et al. 2004; Moore et al. 2001). För att kvantifiera mängden plast i sedimentprover användes en slev/ekman huggare för att ta upp provet för att därefter slamma upp sedimentet i en högsalin vattenlösning (1,kg NaCl/l), supernatanten dekanterades och analyserades med avseende på plastpartiklar (Thompson et al. 2004). De senaste undersökningarna bestämde plastpartiklar kvalitativt till specifik plastpolymer genom att använda sig av FTIR (Fourier Transformation Infra Red Spectrometry) kopplat till ett mikroskop (Thompson et al. 2004). I denna pilotundersökning har vi inte genomfört detta sista steg. Plastpartiklar i vattenytan Två metoder användes; A. En växtplanktonhåv av nylonduk (rektangulära rutor, 80µm, Fig. 1c) med uppsamlingskärl av polypropylen koncentrerade upp en känd volym av ytvatten vilken hälldes i håven med hjälp av en 5 liters mätkanna (okänd plastsort). Ytvattnet togs från 0-0,3 meters djup. Det uppkoncentrerade vattnet filtrerades över på ett 2,0 µm filter (ø45mm, polycarbonat, Osmonics Inc.). Filtret sköljdes med 100ml kranvatten för att undvika saltkristaller och fick torka minst ett dygn innan filtret analyserades under lupp (20x/40x) eller mikroskop (100x/200x/400x med möjlighet till fluorescensmikroskopi). För att underlätta analysen och möjliggöra eventuell delprovtagning, delades filtret upp i åtta lika stora delar. För alla prover, utom det som innehöll en stor mängd plastpartiklar, analyserades hela filtret, för detta undantag analyserades endast 2 stycken 8-delar vars medelvärde fick utgöra en uppskattning av koncentrationen (249st respektive 263 st.). En kontroll genomfördes där 20 liter kranvatten koncentrerades upp, och analyserades, på samma sätt som havsvattenproverna för att se om plastmaterialet i provtagningsutrustningen återfanns i proverna. Inga plastfibrer/partiklar återfanns i kontrollen. B. En zooplanktonhåv med nominella duktypen 450µm släpades efter en motorbåt i ca 1-2 knop under ca tio minuter. Håven hängde precis under vattenytan. En släplogg inne i zooplanktonhåven mätte vattenflödet i håven vilket kunde användas för att räkna ut filtrerad vattenvolym. Håvkoncentratet [4] Figur 1. Lupp, mikroskop och 80µm håv som användes i undersökningen
på ca 0,5 liter hälldes över i en förvaringsburk (PVC) och togs till laboratoriet för analys. Proverna analyserades på plastpartiklar vilka sorterades ut med hjälp av pincett och pasteurpipett för granskning under lupp och mikroskop. Följande kriterium användes för att definiera en plastpartikel (se Fig. 2 för exempel): Inga cellulära eller organiska strukturer synliga i plastbiten/-fibern. Om partikeln är en fiber skall den vara jämntjock och ej avsmalnande i ändarna samt ha en tredimensionell böjning (ej helt raka spröt) Klart och homogent färgade partiklar (blått, rött, svart och gult). Om partikeln/fibern inte är klart färgad, dvs. transparent eller vitaktig, skall den granskas extra noggrant enligt de två första punkterna samt granskas i mikroskop under hög förstoring och med fluorescensmikroskopi för att utesluta ett djurorganiskt ursprung. I analyserna granskades partiklarna konservativt och endast de partiklar som uppfyllde kriterierna ovan räknades till plastpartiklar. Detta innebar främst att transparenta fibrer inte räknades med då de liknade spröt och fibrer från olika organismer (djur, växter och protister), detta kan innebära att antalet vita/transparenta plastfibrer har underskattats i antal. Även röda fibrer ådrog sig extra granskning då de även liknade unga skott av fintrådiga rödalger, dessa åtskiljdes genom att studera fibern i mikroskop under högre förstoring och med fluorescensmikroskopi där rödalgernas kloroplaster tydligt syntes. Röda plastfibrer har ingen fluorescens. Figur 2 Olika slags plastpartiklar funna i vattenmassan. A. Röd plastfiber (diam. ~70µm) B. Blå plastbit C. Blå plastfiber (diam~100µm) D. Liten vit/transparent plastfilm, 1*1,5cm E. Mjölkvita plastkulor, diam. ~0,4-2mm F. Mjölkvita plastkulor samt misstänkta tjärpartiklar. Plastpartiklar i sediment En högsalin lösning tillreddes (ca 20 % salthalt). Sedimentproverna på 100ml hälldes i den salina lösningen och rördes runt i ca 1 minut och fick stå minst 20 minuter innan supernatanten dekanterades och filtrerades på ett 2 µm filter. Filtrering och analys skedde enligt samma metodik som för analys av plastpartiklar i vattenytan ovan. [5]
Resultat & diskussion Pilotstudien visar på några anmärkningsvärda resultat; 1. Antalet plastfibrer som uppkoncentrerades i 80µm håven är mycket högre (~1000 ggr fler) än rapporterat antal plastpartiklar med 333/450 µm håvar, se Tabell 2 & 3. Detta tyder på att antalet små plastpartiklar som passerar igenom en zooplanktonhåv kan vara en betydligt större nedskräpningskälla än vad man tidigare har insett. Dessa partiklar har även rapporterats kunnas ta upp av små filtrerande ryggradslösa djur (Thompson et al. 2004) för att därefter eventuellt bioackumuleras högre upp i näringskedjan. Givet det faktum att organiska miljögifter anrikas på plastpartiklar (se ref ovan) är det extra allvarlig med denna mängd små partiklar då ytan mot vattnet, där miljögifter fastnar, ökar med minskad partikelvolym. Vi rekommenderar fortsatta undersökningar av plastpartiklar i denna storleksfraktion samt studier av sediment på depositionsbottnar för att skapa en historisk förekomst av dessa partiklar. Har de ökat i samma grad som plastproduktionen? 2. Ett lokalt utsläpp av plastpartiklar verkar finnas i Stenungssund och med högst mängd kring utlastningshamnen för de plastproducerande fabrikerna. Mängden små plastpartiklar uppgick till >100 000 per m 3. Vi rekommenderar att en mer noggranna undersökning genomförs i området kring Stenungssund med fler provpunkter, bestämning av plastsorten med hjälp av FTIRmikroskopi genomförs samt att provtagningsmetodiken vidareutvecklas (t.ex. plastfri provtagningsutrustning). I denna pilotstudie vill vi inte namnge vilken industri proverna är tagna utanför då detta enbart är en pilotstudie. 3. Mängden plastpartiklar som uppkoncentrerades med 450µm håven är mindre än antalet plastpartiklar rapporterade från andra havsområden, se Tabell 3. Vi rekommenderar att fler prover tas utmed Bohuskusten, både i inre och yttre skärgården samt i de kända skräpbältena utanför kusten där olika strömmar möts. Vidare bör håvmaskorna vara exakt likadana de som användes i tidigare undersökningar, dvs. 333µm, för att utesluta skillnader i resultatet beroende på maskvidd. [6]
Plastpartiklar i vattenytan A. Resultatet från håvningarna med en 80µm håv visar på att det finns ett stort antal små plastpartiklar i havet. Vi har inte hittat något arbete som tidigare har uppskattat koncentrationerna av sådana mikropartiklar då tidigare undersökningar alltid har använt en zooplanktonhåv med nätmaskor över 333µm. Antalet plastpartiklar skiljde sig åt mellan de olika lokalerna. Den under sommaren välbesökta hamnen i Lysekil uppvisade ett högt antal plastfibrer vilka kan ha kommit från slitage på tampar. I vattnet utanför Lysekils hamn, samt på Björkö och Tjuvkil, är antalet plastpartiklar lägre. I Stenungsunds hamn förekommer en mycket speciell typ av plastpartikel, Fig. 2 E & F, vilket kan ha kommit från ovarsam hantering i samband med lastning av plastpellets från plastindustrin i Stenungsund. Vi är dock mycket försiktiga med att uttala oss om ursprunget innan vi har genomfört mer kvalificerade undersökningar i området. På laboratoriet kunde partiklarna uppvisa följande egenskaper: löses inte upp av etanol, aceton eller xylen. Partiklarna smälte efter att ha värmts försiktigt på ett objektsglas över en spritbrännare. Dom avgav en mycket tydlig plastdoft då dom smälte (doftade smält plasttamp), Vidare stelnade partiklarna igen efter att svalnat samt kunde lätt rispas av en vässad glasnål. Tabell 2 Antal plastpartiklar uppkoncentrerade med 80µm håv Antal anges i antal per m 3 svarta/ mjölkvita transp. kulor blå fibrer Σ partiklar +/- per m 3 sd röda fibrer Lysekil, Södra hamnen, yttre ponton 50 1 900 450 0 2 400 Lysekil, Södra hamnen, inre hamnen 100 550 500 0 1 150 Lysekil, Södra hamnen, Norra Släggö 50 350 200 0 600 Lysekil, yttre Släggö 50 100 50 0 200 Björkö hamn, medel av 2 prov 0 400 250 0 450 283 Björkö färja, medel av 3 prov 0 200 100 0 167 126 Tjuvkils huvud, hamnen 50 200 0 0 250 Stenungsund, provställe 3 25 0 25 1 575 1 625 Stenungssunds fritidsbåtshamn 50 150 50 850 1 100 Stenungsund, provställe 4 50 300 50 750 1 150 Stenungsund, industrihamn 0 150 0 102 400 102 550 Lysekil, Gäven-Byxeskär 80 120 320 40 560 Lysekil, Gäven 70 160 80 0 310 [7]
B. Resultatet från håvningarna med en 450µm håv visar på att mängden plastpartiklar i alla fall inte är alarmerande högre än på andra platser, jämför tabell 2 och 3. Dock är det självklart inte bra att det finns plastpartiklar i den utsträckning det trots allt finns. Vi håvade med 450µm håven endast inom ett litet geografiskt område (utanför Skaftö i Gullmarns vattensystem) vilket inte ger oss en fingervisning om regional spridning eller det faktum att olika vindar och strömmar kan innehålla olika mängd plastpartiklar. Då plastpartiklarna är rent drivande och flyter med strömmarna är det viktigt att se på antalet plastpartiklar i olika vattenpaket och inte enbart utifrån en geografisk lokal. Skillnaden i att vi använde en 450µm håv och tidigare undersökning har använt en 333µm håv kan innebära att vi har underskattat antalet små plastpartiklar. Vi har inte heller filtrerat lika stora volymer som tidigare undersökningar har gjort (de filtrerade ~10 gånger större volymer). Tabell 3 Antal plastpartiklar uppkoncentrerade med 450um håv Storlek (mm) Provvolym (m 3 ) Antal per m 3 Partiklar Färg Summa Prov 1 1 plastbitsfolie mjölkvit/transparent 1 130 0,01 Prov 2 2st frigolitbitar vit 2*3 10 72 0,14 2st frigolitbitar vit 1*1 1st hård plastbit vit 3*3*1 5 st. plastfilmsbitar mjölkvit/transparent 3*4 Prov 3 1st plastbit vit 2*3*2 5 141 0,04 1st plastbit vit/transparent 5*5*1 1st plastbit vit/transparent 2*2*1 1st frigolitbit vit 2*3*2 1st plastfilmsbit grå/transparent 30*20*1 Tabell 4 Resultat från tidigare studier Referens Partikelkoncentration Havsområde Provtyp (per m 3 ) (Moore et al. 2005) 0,43 2,23 North Pacific Offshore, surface -II- 5,0 7,25 North Pacific Inshore, surface -II- 0,017 North Pacific Offshore, subsurface (Thompson et al. 2004) 0,01 0,06 Skottland- Shetland (Lattin et al. 2004) 0,5 18 Kalifornien Inshore, surface (Carpenter et al. 1972) 0,01 2,6 USA nordöstkust Coastal waters [8]
Plastpartiklar i sediment Resultatet från undersökningarna efter plastpartiklar i sedimentet visar återigen på att det finns en lokal nedskräpning i Stenungsund. I övrigt är antalet plastpartiklar från Tjuvviks hamn jämförbara med antalet från Engelska kusten (Thompson et al. 2004), dvs. mellan 1 och 10 partiklar per 100ml sediment. Tabell 5Antal plastpartiklar uppkoncentrerade från sedimentprov Lokal Provvolym Plastpartiklar Färg Storlek (mm) Tjuvkils hamn 100ml 2 Plastbitar Mjölkvit/transparent 7*1*1 5 Plastbitar Mjölkvit/transparent 1*1*1 Stenungsund, 0,5-1mm industrihamn 100ml 332 plastkulor Mjölkvit/transparent Stenungsund, provställe 3 100ml 34 plastkulor Mjölkvit/transparent diameter 0,5-1mm diameter [9]
Referenser Carpenter, E. J., H. P. Miklas, B. B. Peck, S. J. Anderson, and G. R. Harvey. 1972. Polystyrene spherules in coastal waters. Science (Washington) 178:749-750. Colton, J. B., F. D. Knapp, and B. B. R. 1974. Plastic Particles in Surface Waters of the Northwestern Atlantic. Science 185:491-497. Lattin, G. L., C. J. Moore, A. F. Zellers, S. L. Moore, and S. B. Weisberg. 2004. A comparison of neustonic plastic and zooplankton at different depths near the southern California shore. Marine Pollution Bulletin 49:291-294. Mato, Y., T. Isobe, H. Takada, H. Kanehiro, C. Ohtake, and T. Kaminuma. 2001. Plastic Resin Pellets as a Transport Medium for Toxic Chemicals in the Marine Environment. Environmental Science & Technology 35:318-324. Moore, C. J., G. L. Lattin, and A. F. Zellers. 2005. Density of Plastic Particles found in zooplankton trawls from Coastal Waters of California to the North Pacific Central Gyre. The Plastic Debris Rivers to Sea Conference, Redondo Beach, California, USA Moore, C. J., S. L. Moore, M. K. Leecaster, and S. B. Weisberg. 2001. A Comparison of Plastic and Plankton in the North Pacific Central Gyre. Marine Pollution Bulletin 42:1297-1300. Rios, L. M., C. Moore, and P. R. Jones. 2007. Persistent organic pollutants carried by synthetic polymers in the ocean environment. Mar Pollut Bull 54:1230-7. Ryan, P. G. 1987. The incidence and characteristics of plastic particles ingested by seabirds. Marine environmental research. London. Vol. 23:no. 3. Takada, H. 2006. Call for pellets! International Pellet Watch Global Monitoring of POPs using beached plastic resin pellets. Marine Pollution Bulletin 52:1547-1548. Thompson, R. C., Y. Olsen, R. P. Mitchell, A. Davis, S. J. Rowland, A. W. G. John, D. McGonigle, and A. E. Russell. 2004. Lost at sea: Where is all the plastic? Science 304:838. Vlietstra, L. S., and J. A. Parga. 2002. Long-term changes in the type, but not amount, of ingested plastic particles in short-tailed shearwaters in the southeastern Bering Sea. Mar Pollut Bull 44:945-55. [10]