最新研究揭示微塑料可能正在改变地球气候

科学家们在地球上一些人迹罕至的地方发现了微塑料--小于5毫米的塑料微粒，从马里亚纳海沟深处到珠穆朗玛峰白雪皑皑的山顶，甚至在中国和日本山区的云层中也发现了微塑料。 在人类脑组织、海龟体内，甚至植物根部也发现了微塑料。 现在，由宾夕法尼亚州立大学科学家领导的新研究表明，这些空气中的微塑料可能会影响天气模式并对气候产生影响。

这项研究发表在《环境科学与技术》杂志上： Air）上发表的一项研究表明，微塑料可作为冰核粒子，即促进云中冰晶形成的微小气溶胶。

宾夕法尼亚州立大学化学教授、该论文的资深作者米里亚姆-弗里德曼解释说，这意味着微塑料可以通过影响大气冰晶形成云层的方式，对降水模式、天气预报、气候建模甚至航空安全产生影响。

弗里德曼说："在过去二十年对微塑料的研究中，科学家们发现微塑料无处不在，因此这又是一个谜团。现在很明显，我们需要更好地了解它们是如何与我们的气候系统相互作用的，因为我们已经能够证明，云的形成过程可能是由微塑料引发的。"

宾夕法尼亚州立大学科学家领导的新研究揭示，大气中的微塑料可能会影响天气和气候。 图片来源：Michelle Bixby/宾夕法尼亚州立大学

在实验室的受控环境中，研究人员研究了四种不同类型的微塑料的冷冻活性：低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。 研究小组将这四种塑料悬浮在小水滴中，然后缓慢冷却水滴，以观察微塑料对冰形成的影响。

他们发现，水滴结冰时的平均温度要比不含微塑料的水滴高出 5-10 度。 宾夕法尼亚州立大学研究生、论文第一作者海蒂-布塞（Heidi Busse）解释说，通常情况下，没有任何缺陷的大气水滴冻结温度约为负38度摄氏。 水滴中的任何缺陷，无论是灰尘、细菌还是微塑料，都会给冰的形成--或围绕冰核--提供条件。 这种微小的结构足以促使水滴在较高温度下结冰。

布塞说："就我们的微塑料而言，在所研究的大多数塑料中，50% 的水滴在零下 22 摄氏度时结冰。事实证明，如果引入不溶性物质，就会在液滴中引入缺陷，从而在较高温度下形成冰核。"

宾夕法尼亚州立大学化学教授 Miriam Freedman（左）和宾夕法尼亚州立大学研究生 Heidi Busse 研究了四种不同类型微塑料的冷冻活性，以了解它们如何影响云的形成。 图片来源：Michelle Bixby/宾夕法尼亚州立大学

弗里德曼解释说，这一发现对天气和气候意味着什么尚不完全清楚，但它表明微塑料很可能已经在产生影响。 她补充说，混合相云，如蓬松的积云、毯状的层云和阴暗祥的流云，都包含液态水和冰冻水的组合。 这些云可能遍布整个大气层，包括雷暴时可能形成的典型的"铁砧"状云。

宾夕法尼亚州立大学气象学和大气科学系的弗里德曼说："当空气模式使液滴升入大气并冷却时，微塑料就会影响天气模式并在云层中形成冰。在气溶胶颗粒增多的污染环境中，比如在微塑料中，你会把可用的水分配给更多的气溶胶颗粒，在每个颗粒周围形成更小的水滴。 水滴越多，降雨量就越小，但由于水滴只有在足够大时才会降雨，因此在水滴足够大之前，云层中就会聚集更多的总水量，从而在降雨时获得更大的降雨量。"

一般来说，云会通过反射太阳辐射来冷却地球，但某些高度的某些云会通过帮助捕捉地球发出的能量而产生变暖效应。 液态水的数量与冰的数量是决定云层在多大程度上会产生变暖或降温效应的重要因素。 如果微塑料影响了混合相云的形成，那么它们也很可能影响气候，但要模拟它们的整体影响却非常困难。

布塞说："我们知道，微塑料能形成冰核这一事实具有深远的影响，只是我们还不太清楚这些影响是什么。我们可以从许多不同的层面来考虑这个问题，不仅仅是更强大的风暴，还包括光散射的变化，这可能会对我们的气候产生更大的影响。"

研究人员还发现，环境老化，即气溶胶粒子随时间推移经历的自然光化学过程，会显著改变粒子与大气中气体和蒸汽的相互作用方式。 研究小组模拟了环境老化过程，将微塑料暴露在光线、臭氧和酸性物质中，观察其结冰能力是否会发生变化。

他们发现，所有测试过的塑料都能成冰，但老化普遍降低了低密度聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的成冰能力。 与此相反，由于聚氯乙烯表面因老化而发生的细微变化，老化会增加其成冰能力。

接下来，研究小组将对塑料中常用的各种添加剂（如增塑剂）进行研究，以便更好地了解常用塑料可能对地球大气层产生的影响。

布塞说："我们知道，我们每天使用的这些塑料制品的整个生命周期可能会改变地球云层的物理和光学特性，从而以某种方式改变气候，但我们仍然有很多东西需要了解它们到底在做什么。"