Plastikowa pogoda. Mikrodrobiny mogą wpływać na chmury i klimat
Mikroplastiki, czyli drobne cząstki plastiku mniejsze niż 5 mm, są wszechobecne – naukowcy znajdują je od głębin Rowu Mariańskiego po szczyty Himalajów. Najnowsze badania naukowców z Penn State pokazują, że mogą one także wpływać na tworzenie się chmur, co potencjalnie zmienia wzorce pogodowe i klimatyczne na Ziemi.
Przez lata mikroplastiki były znajdowane w najbardziej odległych i nietkniętych miejscach na Ziemi, od śniegu na Mount Everest po wody Rowu Mariańskiego. Te mikroskopijne cząstki, będące pozostałością produktów codziennego użytku, przenikają wszędzie – wykryto je nawet w ludzkich tkankach i w układach pokarmowych zwierząt morskich. "Przez ostatnie dwie dekady badań nad mikroplastikami odkrywaliśmy, że są one wszędzie" – stwierdza prof. Miriam Freedman z Uniwersytetu Penn State.
Jednak najnowsze odkrycie jej zespołu sugeruje, że mikroplastiki mogą mieć znacznie większy wpływ na nasz klimat i pogodę, niż dotychczas sądzono. Wyniki badań, opublikowane w czasopiśmie “Environmental Science and Technology: Air”, wskazują, że drobiny tworzyw sztucznych działają jako tzw. jądra nukleacji lodu, umożliwiając tworzenie się kryształków lodu w chmurach.
To odkrycie ma dalekosiężne konsekwencje, ponieważ mikroplastiki mogą wpływać na częstotliwość i intensywność opadów, a także na globalne wzorce klimatyczne.
Mikroplastiki wpływają na formowanie się chmur
Chmury powstają, gdy para wodna kondensuje wokół drobnych cząsteczek unoszących się w atmosferze, takich jak pył, bakterie czy, jak się właśnie okazało, mikroplastiki. Cząstki te działają jako punkty nukleacji, wokół których formują się kryształki lodu.
Badanie przeprowadzone przez zespół Freedman wykazało, że mikroplastiki są wyjątkowo skutecznym inicjatorem tego zjawiska. Powodują zamrażanie kropelek wody w temperaturach o 5-10 stopni Celsjusza wyższych niż w przypadku kropelek bez mikroplastików.
Okazało się, że jeśli wprowadzimy do kropelki coś nierozpuszczalnego, pojawia się defekt, który może zapoczątkować formowanie lodu w wyższych temperaturach
W kontrolowanych warunkach laboratoryjnych naukowcy przeanalizowali aktywność nukleacji lodu dla czterech popularnych typów plastiku: polietylenu niskiej gęstości (LDPE), polipropylenu (PP), polichlorku winylu (PVC) oraz politereftalanu etylenu (PET). Kropelki wody zawierające zawieszone mikroplastiki były powoli chłodzone, aby sprawdzić, w jakiej temperaturze następuje zamrożenie.
Jak podają naukowcy, zazwyczaj kryształki lodu tworzą się w wyższych partiach atmosfery przy temperaturach ok. -36 stopni Celsjusza. Tymczasem podczas eksperymentu większość kropelek zawierających mikroplastiki zamarzała już przy -22 stopniach Celsjusza.
Takie wyniki oznaczają, że obecność mikroplastików może przyspieszać formowanie się kryształków lodu, co potencjalnie zmienia dynamikę chmur oraz ich zdolność do magazynowania wody i powodowania opadów.
Wpływ plastiku na pogodę i klimat
Wpływ mikroplastików na tworzenie się chmur i lodu w atmosferze jest złożony i wciąż nie w pełni zrozumiały, ale badacze podejrzewają, że może mieć szerokie implikacje. W chmurach mieszanych, które zawierają zarówno krople wody, jak i kryształki lodu, mikroplastiki mogą wpływać na dystrybucję i wielkość kropelek, co zmienia wzorce opadów.
"W środowisku z większą ilością cząstek aerozolowych, takich jak mikroplastiki, woda rozkłada się na więcej kropelek, co skutkuje mniejszymi opadami" – mówi Freedman. Jednak gdy te kropelki łączą się i osiągają odpowiednią wielkość, może dojść do intensywniejszych opadów.
Chmury wpływają na klimat przez odbijanie promieniowania słonecznego oraz zatrzymywanie ciepła emitowanego przez Ziemię. Zmiany w strukturze chmur mogą więc mieć wpływ na bilans energetyczny naszej planety.
Zespół naukowców wskazuje na potrzebę zrozumienia tego, jak wiele mikroplastików znajduje się w atmosferze oraz tego, jak wyglądają ich interakcje z innymi cząstkami nukleującymi, takimi jak pył mineralny czy cząstki biologiczne.
Warto dodać, że mikroplastiki mogą przemieszczać się na ogromne odległości i mogą oddziaływać na różne typy chmur. "Wiemy, że ich oddziaływanie może mieć daleko idące konsekwencje, ale nie jesteśmy jeszcze pewni, jakie mogą one być" - stwierdza Busse.
Starzenie się cząstek i jego wpływ na atmosferę
Jednym z odkryć zespołu było to, że procesy naturalnego starzenia mikroplastików, takie jak ekspozycja na światło UV, ozon czy kwasy, mogą zmieniać ich zdolność do formowania lodu. Badania wykazały, że proces starzenia generalnie osłabiał zdolność do nukleacji dla LDPE, PP i PET, ale, co istotne, zwiększał ją dla PVC.
To odkrycie sugeruje, że drobne zmiany chemiczne na powierzchni mikroplastików mogą wpływać na ich oddziaływanie z atmosferą, co może mieć jeszcze bardziej złożone konsekwencje w realnym środowisku.
Następnym krokiem w badaniach zespołu z Penn State będzie analiza, w jaki sposób dodatki do plastiku, takie jak plastyfikatory, wpływają na proces formowania lodu. Plastyfikatory, barwniki i inne substancje chemiczne stosowane w produkcji plastiku mogą zmieniać właściwości cząstek mikroplastików, co może mieć dalszy wpływ na atmosferę.
Cały cykl życia plastikowych przedmiotów, których używamy na co dzień, może zmieniać fizyczne i optyczne właściwości chmur na Ziemi, a tym samym wpływać na klimat
Analiza plastyfikatorów i dodatków chemicznych pozwoli lepiej zrozumieć, w jaki sposób różne rodzaje mikroplastików wpływają na bilans energetyczny chmur oraz ich zdolność do tworzenia lodu. Naukowcy zamierzają również zbadać, jak mniejsze cząstki plastiku, które mogą bardziej swobodnie przemieszczać się w atmosferze, wpływają na tworzenie się chmur.
Znaczenie mikroplastików dla przyszłości klimatu
Choć badania nad mikroplastikami i ich wpływem na atmosferę są wciąż w początkowej fazie, wyniki pokazują, że mikroplastiki to więcej niż tylko problem zanieczyszczenia środowiska – to także kwestia klimatyczna. To, że mikroplastiki wpływają na tworzenie się chmur i wzorce opadów, sugeruje, że problem jest bardziej złożony, niż dotychczas sądzono.
Wpływ mikroplastików na zmiany klimatyczne może być długotrwały i trudny do odwrócenia, dlatego konieczne jest dalsze badanie ich obecności w atmosferze i wpływu na procesy klimatyczne. Ale jednocześnie coraz pilniejsza staje się kwestia wprowadzenia globalnych regulacji dotyczących produkcji i emisji mikroplastików, aby zminimalizować ich negatywny wpływ na środowisko i klimat.
