Laboratorio in situ de degradación de plásticos en el Mar Rojo - Grupo Co., Ltd de las botellas plásticas de Hainan

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 11956 (2022) Citar este artículo

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La degradación y fragmentación de los plásticos en el medio ambiente aún no se conocen bien. Esto se debe en parte a la falta de estudios y métodos a largo plazo que determinen la duración de la meteorización. Aquí presentamos un objeto de estudio novedoso que conserva información sobre la edad plástica: gránulos de resina microplástica (MP) del naufragio del SS Hamada, un barco que se hundió hace veintinueve años en la costa del parque nacional Wadi el Gemal, Egipto. Su fecha de hundimiento nos permitió determinar con precisión cuánto tiempo permaneció MP en el naufragio y en una playa cercana, en la que parte de la carga fue arrastrada. Los gránulos de ambos sitios de muestreo se analizaron mediante microscopía, tomografía de rayos X, espectroscopía, calorimetría, cromatografía de permeación en gel y reología. La mayoría de los gránulos estaban hechos de polietileno de baja densidad, pero una pequeña proporción también consistía en polietileno de alta densidad. MP del interior de los restos del naufragio no mostró signos de degradación en comparación con las muestras de referencia prístinas. Por el contrario, los plásticos varados exhibieron cambios en todos los niveles estructurales, lo que en ocasiones provocó fragmentación. Estos hallazgos brindan evidencia adicional de que la degradación del plástico en condiciones de agua salada es comparativamente lenta, mientras que la radiación ultravioleta y las altas temperaturas en las playas son los principales impulsores de ese proceso. Los futuros estudios a largo plazo deberían centrarse en los mecanismos subyacentes y los plazos de la degradación del plástico.

El uso de plásticos ha llevado a numerosas mejoras en la vida cotidiana1,2, pero recientemente se ha reconocido como un hilo ambiental a escala global que supera los límites planetarios debido a las altas tasas de producción y la basura incontrolada3. Los plásticos se han desechado en el medio ambiente durante al menos cinco décadas4,5. Como consecuencia, los plásticos se pueden encontrar en todas partes6, con al menos cinco mil millones de piezas de plástico que han llegado a los océanos, un importante sumidero de desechos plásticos7. También se informó que en 2010 se generaron alrededor de 275 millones de toneladas métricas de desechos plásticos en 192 países costeros, con 4,8 a 12,7 millones de megatones ingresando al océano8.

Recientemente, se puso especial atención en los plásticos en el rango de tamaño de 1 µm a 5 mm, que se denominan microplásticos (MP)9,10,11. Hay dos tipos de MP: MP primario y secundario. El MP primario se produce deliberadamente en este rango de tamaño para muchos fines, por ejemplo, productos cosméticos y de higiene o gránulos de resina para uso industrial12,13. La pérdida de gránulos durante la producción, el transporte, el almacenamiento o la gestión de residuos puede actuar como una vía de entrada importante para MP primario en los hábitats marinos14,15. La MP secundaria se origina a partir de la fragmentación de piezas plásticas de mayor tamaño12.

Independientemente de su formación, MP puede indudablemente inducir efectos adversos sobre la vida silvestre marina y los servicios ecosistémicos, desde el nivel celular de un solo individuo hasta la aceleración de los cambios climáticos16,17. Por ejemplo, los MP actúan como sumideros y fuentes de sustancias potencialmente tóxicas, es decir, contaminantes orgánicos persistentes, metales, aditivos, plastificantes y antibióticos18,19,20,21,22. Este cóctel químicamente complejo podría liberarse a un ritmo constante, aunque creciente, debido a la fragmentación del plástico, lo que daría lugar a la llamada deuda global por toxicidad del plástico23. Además, MP tiene el potencial de acumularse en las redes alimentarias marinas como consecuencia de la transferencia trófica24,25. Una vez ingerida por los organismos, la MP puede causar daños físicos en los tejidos, por ejemplo, obstrucciones intestinales, procesos inflamatorios y también puede influir negativamente en el comportamiento animal26. Los nanoplásticos, que se definen como partículas de plástico con un tamaño entre 1 nm y 1 µm, incluso pueden atravesar membranas biológicas y, por lo tanto, pueden interactuar directamente con el material genético y los orgánulos celulares27. En última instancia, esto podría cambiar la estructura de la población y la abundancia de ciertas especies. A escala global, los plásticos liberan CO2, metano y una serie de otros gases de efecto invernadero en cada etapa de su ciclo de vida, contribuyendo así al cambio climático en una proporción significativa28. Por ejemplo, en 2015, los plásticos por sí solos fueron responsables del 4,5 % de las emisiones de gases de efecto invernadero del mundo17. Además de esto, MP puede alterar los procesos biogeoquímicos con los que el plancton captura CO2 en la superficie del mar y secuestra carbono en las profundidades de los océanos, aunque esto aún no se comprende bien 29. Como consecuencia de estos impactos ecológicos negativos, la basura marina de desechos plásticos se considera parte de una crisis global30.

Los efectos de larga duración de MP mencionados anteriormente son en parte una consecuencia de su alta persistencia en los sistemas naturales que se estima duran de cientos a miles de años31. Por ejemplo, en ambientes marinos, se estima que la vida media de una bolsa de plástico hecha de polietileno de baja densidad (LDPE) con una tasa de degradación superficial específica promedio de 15 µm por año está en el rango entre 1,4 y más de 2500 años32. Esto es lento en comparación con otros polímeros, según una clasificación de aprendizaje automático de tres niveles que tiene en cuenta un conjunto de características físicas y moleculares33. Además de las propiedades mismas de MP, otro conjunto importante de factores que determinan el grado de degradación del plástico son las propias condiciones ambientales. Estos incluyen el estrés termooxidativo, las fuerzas de cizallamiento por el movimiento del agua, la humedad, la actividad biológica de los organismos en crecimiento y la fotodegradación por la radiación UV32,34,35. Se considera que este último suele iniciar la degradación en ambientes marinos36. Con la exposición continua, la superficie del plástico tiende a agrietarse y, finalmente, la ablación de la superficie y la fragmentación conducen a la liberación de MP37 secundario. Aunque algunos autores estudiaron la degradación del plástico en condiciones marinas durante varios años, hasta ahora, hasta donde sabemos, solo se han realizado muy pocos exámenes a largo plazo38,39,40. Además, debido a la falta de métodos analíticos fiables, la edad y el tiempo de exposición a la intemperie no pueden estimarse directamente a partir de los plásticos en el medio ambiente37. Ambos parámetros dependen de las condiciones de exposición variables en los sitios cambiantes y esta información generalmente no está disponible para los investigadores.

Uno de estos casos excepcionales está relacionado con el naufragio del granelero SS Hamada cerca de Abu Ghosun en el parque nacional de Wadi el Gemal, Egipto, hace unos veintinueve años el 29 de junio de 199341,42. En su último transporte de carga, el barco, de 65 m de largo y 11 m de ancho, se cargó con gránulos de resina MP primaria. Hoy en día, el naufragio del SS Hamada se encuentra en su lado de estribor en dos secciones, en parte con la quilla hacia el fondo del mar, y es un lugar de buceo popular y de fácil acceso en alrededor de 6 a 18 m de profundidad. Sus bodegas de carga todavía están llenas de gránulos de resina MP (Fig. 1a), pero muchos fueron liberados como resultado del hundimiento. Muchos MP flotaron a una playa adyacente (Fig. 1c). En comparación con esto, menos MP terminaron en el fondo del mar (Fig. 1b). Se originaron a partir de sacos que se cayeron del SS Hamada durante el hundimiento y se abrieron más tarde. Debido a que los gránulos de resina MP incluidos estaban cubiertos de organismos incrustantes mientras tanto, se volvieron negativamente flotantes y, por lo tanto, permanecieron en el fondo del mar34.

Destino de los gránulos de resina MP de una playa en el parque nacional Wadi el Gemal, Egipto, y el naufragio del SS Hamada en el Mar Rojo. (a) En las aguas oscuras del naufragio, miles de perdigones flotan arriba y abajo. (b) Mientras que algunos sacos se cayeron del barco y liberaron plásticos sucios al fondo del mar circundante después de que se abrieron, otras partes de la carga (c) flotaron a la superficie del mar, desde donde fueron a la deriva a una playa cercana, que actuar como un fregadero de plástico muy cubierto.

Proponemos que el MP del naufragio del SS Hamada es un caso inimitable para el estudio a largo plazo de la degradación del plástico en el medio ambiente. Pero, ¿hasta qué punto se degradaron los gránulos de resina MP hasta ahora? Para responder a esta pregunta, recolectamos gránulos de resina de MP que flotaban libremente en el interior del naufragio del SS Hamada y gránulos de resina de MP de la playa directamente frente al lugar del hundimiento para someterlos a un análisis comparativo. Para ello, se aplicó una combinación sofisticada de métodos de imagen, medición de partículas, espectroscopia infrarroja, análisis térmico, enfoques bioquímicos y reología. Dado que las playas brindan las condiciones óptimas para la degradación del plástico43, creamos la hipótesis de que los gránulos de resina MP de la playa se erosionan más rápido que los que se encuentran en condiciones oscuras y más frías dentro del naufragio del SS Hamada en todos los niveles estructurales.

El naufragio del SS Hamada actúa como un laboratorio in situ para la degradación del plástico debido a los gránulos de resina MP que libera con la fecha exacta. Se tomaron muestras de los plásticos del interior de este naufragio y de la playa cercana para examinar las posibles diferencias en el grado de degradación del plástico debido a las diferentes condiciones ambientales.

Se utilizó espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para determinar los tipos de polímeros de los gránulos de resina MP del SS Hamada. Podrían identificarse como PEBD (fig. 2). Tenga en cuenta que también se detectó una proporción muy pequeña de polietileno de alta densidad (HDPE). El sr promedio de Pearson indicó una coincidencia más baja para los gránulos de resina MP varados en comparación con los plásticos del naufragio (0,77 y 0,95, respectivamente).

Espectros infrarrojos de transformada de Fourier medidos en el interior de gránulos de resina MP de una playa en el parque nacional Wadi el Gemal, Egipto, y el naufragio SS Hamada en el Mar Rojo. En comparación con una base de datos de referencia, la mayoría de MP se identificaron como LDPE. Su índice de carbonilo (1810-1550 cm-1) y el área de la huella (< 1500 cm-1) revelaron modificaciones químicas solo en el caso de MP de la playa.

Además de la identidad del polímero, FTIR también puede analizar las posibles características de degradación. Las diferencias entre los sitios de muestreo se identificaron en el área de la huella digital (< 1500 cm-1). Si bien los espectros del naufragio no mostraron una desviación significativa de la referencia en el área de la huella digital, las muestras de la playa exhibieron superposiciones y vibraciones de estiramiento considerablemente más fuertes, que son evidentes en forma de picos anchos (Fig. 2). Esta es una señal de que su estructura fue alterada químicamente. En particular, los rangos de números de onda más altos indicaron la presencia de ciertos grupos funcionales. Tenga en cuenta que no hubo cambios significativos en el comportamiento espectral de los MP de ambos sitios de muestreo en el rango de 1500–4000ø cm-1 en comparación con una base de datos de referencia, excepto por un MP varado que tenía una banda de absorción de 1800 cm-1 (Fig. 2). Este patrón específico es una indicación de los grupos carbonilo formados durante el envejecimiento.

Ambos colectivos de partículas MP tenían distribuciones de descriptores de forma y tamaño de partículas comparables (Tabla complementaria S2 en línea).

Los gránulos de resina MP encontrados en la playa tenían un tamaño medio de 3,7 mm con un IQR de 0,2 mm, mientras que los del naufragio tenían un tamaño medio de 3,8 mm y un IQR de 0,3 mm (Fig. S2 complementaria en línea).

La mayoría de MP se clasificó como gránulos en forma de disco, aunque también estaba presente una cantidad menor de partículas cilíndricas (Fig. 3a-b, Fig. S2 complementaria en línea, Tabla S2 complementaria en línea). Los valores para el factor de forma isoperimétrico f1 (Ec. 1) fueron cercanos a uno, con un promedio de 0,83 ± 0,06 (media ± sd) y 0,82 ± 0,1 para MP de la playa y los restos del naufragio, respectivamente (Fig. S2 complementaria en línea). Sin embargo, una pequeña proporción de gránulos analizados, es decir, cilindros, tenían valores de f1 < 0,60. El alargamiento mostró una distribución sesgada hacia la izquierda para todos los MP que exhiben valores promedio de 0.16 ± 0.05 (playa) y 0.18 ± 0.10 (naufragio) (Fig. S2 complementaria en línea). La planitud siguió una distribución bimodal con una media de 0,61 ± 0,19 para gránulos de resina MP varados y 0,56 ± 0,27 para partículas del naufragio SS Hamada (Fig. S2 complementaria en línea). Valores bajos de planitud fueron típicos para discos, mientras que una planitud alta fue detectada exclusivamente para MP cilíndrico.

Imágenes microscópicas de luz de gránulos de resina MP de una playa en el parque nacional Wadi el Gemal, Egipto, y del naufragio SS Hamada en el Mar Rojo. Descripción general representativa de diferentes formas y colores de partículas de MP de (a) la playa y (b) los restos del naufragio del SS Hamada. La proporción de estas propiedades varió dentro de la muestra, en la que los gránulos en forma de disco de color beige, blanco y gris fueron más frecuentes que las partículas amarillas, negras, rojas o cilíndricas (consulte la Fig. S2 complementaria en línea y la Fig. S3 complementaria en línea). Una red compleja de grietas solo estaba presente en MP varada. Las vistas laterales de la superficie de las partículas revelaron un nivel más bajo de abrasión para (c) MP de la playa en comparación con (d) los restos del naufragio. Barras de escala: 1 mm.

Al contrario de las distribuciones del descriptor de forma y tamaño de partícula, las proporciones de color MP fueron diferentes para los dos sitios de muestra (Fig. S3 complementaria en línea). En la playa y en el interior del naufragio, el blanco (63% y 22%, respectivamente) y el beige (31% y 41%, respectivamente) fueron los colores predominantes, seguidos de una menor cantidad de gris (2 y 12%, respectivamente) y amarillo MP (13% y 14%, respectivamente). Tenga en cuenta que el MP varado mostró solo un amarillo débil en la superficie, mientras que las partículas de los restos del naufragio exhibieron un amarillo intenso en todas las capas. Además, los gránulos de resina MP del naufragio del SS Hamada también eran rojos o negros (ambos al 1 %), mientras que estos colores estaban ausentes en la submuestra de la playa.

Se aplicaron métodos de imagen para evaluar cualitativamente los signos morfológicos de la degradación de MP. En general, los gránulos de resina MP de la playa mostraban signos típicos de degradación, mientras que estaban ausentes en el caso de las partículas del naufragio del SS Hamada.

No se produjo bioincrustación en el caso de MP de la playa, pero la superficie se cubrió con frecuencia con una densa red de escamas y grietas (Fig. 3a, Fig. S4 complementaria en línea). Con la propagación continua de grietas, las grietas tendieron hacia el centro de los gránulos y desarrollaron varias bifurcaciones (Fig. 4a, c, d). Además, algunas grietas se unieron con otras grietas. Se detectaron tonos blancos dentro de las grietas, lo que indica que la red de grietas en sí está llena de una cantidad notable de minerales (Fig. 4c). Cabe destacar que los lados de las partículas de MP eran suaves y no se veían áreas trituradas (Fig. 3c).

Rebanadas de gránulos de resina MP escaneados con µCT de una playa cercana en el parque nacional Wadi el Gemal, Egipto, y del naufragio SS Hamada en el Mar Rojo. Las vistas generales de diferentes MP de (a) la playa y (b) del naufragio del SS Hamada revelaron varias cavidades que probablemente sean el resultado de las condiciones de producción. (c) Los gránulos de la playa a menudo mostraban manchas blancas que indican la presencia de minerales dentro de grietas distintivas. ( d ) Las reconstrucciones en 3D de los cortes de µCT mostraron que las grietas (azul) formaron una red compleja que llegó a la parte interna de MP varada. Es muy probable que una mayor propagación de grietas conduzca a la fragmentación de los gránulos en partículas aún más pequeñas. Los puntos rojos indican poros cerrados dentro del gránulo. Barras de escala: 1 mm.

Por el contrario, MP del naufragio mostró una superficie virgen (Fig. 3b). Sin embargo, se observaron superficies vidriadas en algunas partículas debido a la presencia de apariencias calcáreas (Fig. 3b). Del mismo modo, otros archivos adjuntos eran visibles principalmente en los lados de los gránulos y pueden atribuirse a la formación de biopelículas (Fig. 3d). Además, los lados de MP a veces mostraban áreas trituradas (Fig. 3d).

En el interior de algunos gránulos de ambos sitios de muestreo, se veían cavidades (Fig. 4a-b). Podrían atribuirse a inclusiones de aire provocadas por el proceso de fabricación.

En el caso de la masa de partículas, la diferencia media entre muestras no se consideró significativa (-0,146 mg, IC del 95 % [-1,515 mg, 1,223 mg], figura complementaria S6 en línea). MP de la playa pesaba en promedio 25,313 ± 0,484 mg, mientras que los del naufragio tenían una masa media de 25,459 ± 0,498 mg (media ± sem, prueba t de Welch de dos colas: t(198) = -0,21, p = 0,834) .

Se aplicó calorimetría diferencial de barrido para evaluar el comportamiento térmico de MP recolectadas en ambos sitios de muestreo. La presencia de copolímeros o mezclas podría excluirse ya que solo se detectaron picos únicos y claramente distinguibles (Fig. 5a). Eran claramente visibles una región de transición vítrea en el primer ciclo de calentamiento y la recristalización del polímero en la operación de enfriamiento (Fig. 5a). Ambos son típicos de los termoplásticos semicristalinos como el LDPE.

Análisis térmico DSC de gránulos de resina MP de una playa en el parque nacional Wadi el Gemal, Egipto, y del naufragio SS Hamada en el Mar Rojo. (a) Promedio de diez curvas DSC para cada sitio de muestra. Cuanto mayor sea el pico de fusión en los ciclos de calentamiento, mayor será el grado de cristalización. (b) La cristalinidad del MP varado fue mayor que la de los gránulos de los restos del naufragio. Los valores se dan como media ± sem para n = 10 repeticiones.

Durante la segunda operación de calentamiento, se encontró un cambio de la región de transición vítrea. Esto probablemente fue causado por la evaporación de los plastificantes. Los picos de fusión más definidos en el segundo ciclo de calentamiento sugieren una mayor pureza del polímero. El área reducida bajo los picos sugiere una disminución de la masa. La cristalinidad fue mayor para los gránulos de resina MP de la playa que para los del naufragio, con una diferencia media de 2,93 % (IC del 95 % [0,92 %, 4,94 %], prueba t de Welch de dos colas: t(10) = 3,252, p = 0,009, figura 5b).

La cromatografía de permeación en gel (GPC) permite la separación de macromoléculas según su tamaño. A partir de esto, la longitud de las ramas de los monómeros se puede describir ya sea por masa molar promedio ponderada por número (Mn) o por masa (Mw). Como no había material original disponible, los datos se compararon con los resultados publicados previamente44.

Tenga en cuenta que la MP de la playa no pudo disolverse por completo debido a las cadenas de polímero entrecruzadas y, por lo tanto, la medición no pudo usarse para un análisis cuantitativo. Incluso después de extender la solución de 2 h a 150 °C a 120 h en condiciones estándar, MP de la playa no pudo disolverse en el eluyente 1,2,4-triclorobenceno. En cambio, los MP varados se hincharon y fueron claramente visibles hasta el final de la prueba de disolución.

Para MP del naufragio del SS Hamada, Mn fue menor que Mw con una relación de aproximadamente 1:3 (46,85 ± 9,78 kg mol-1 y 124,80 ± 20,06 kg mol-1, media ± sem, respectivamente; Fig. 6). En comparación con la referencia, el Mn fue -23,85 kg mol-1 más pequeño para MP de los restos del naufragio (IC del 95 % [-50,50 kg mol-1, 2,80 kg mol-1], prueba t de Welch de dos colas: t(5 ) = -2,277, p = 0,070), mientras que Mw fue 15,20 kg mol-1 mayor (95 % IC [-73,36 kg mol-1, 103,76 kg mol-1], prueba t de Welch de dos colas: t(8 ) = 0,395, p = 0,703).

Resultados de GPC para estudiar la degradación del plástico a nivel molecular. Determinamos (a) la masa molar promedio en número (Mn) y (b) la masa molar promedio en masa (Mw) de gránulos de resina MP del naufragio SS Hamada en el Mar Rojo. Aquí no se muestran datos de gránulos de resina MP de la playa, ya que era imposible disolver las partículas. Los datos de referencia para LDPE se obtuvieron de la literatura44. Los valores se dan como media ± sem para n = 5 repeticiones en el caso de MP del naufragio del SS Hamada y n = 6 para datos de referencia.

Dado que la distribución del peso molecular y el nivel de ramificación de cadena larga cambiaron ligeramente durante la meteorización de los plásticos en diferentes condiciones ambientales, esto también podría haber afectado las medidas reológicas.

Las muestras de naufragio exhibieron una curva en forma de S con una meseta newtoniana a bajas frecuencias seguida de una caída de la velocidad de corte (Fig. 7a). El MP varado mostró una viscosidad compleja mucho más alta a bajas frecuencias y una viscosidad de corte cero (η0). Por el contrario, en frecuencias intermedias a altas, las muestras de la playa exhibieron una viscosidad compleja cinco veces menor que la MP del naufragio del SS Hamada (300 Pa y 1500 Pa, respectivamente). Además, no se observó ningún comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento.

Propiedades reológicas de gránulos de resina MP de una playa en el parque nacional Wadi el Gemal, Egipto, y del naufragio SS Hamada en el Mar Rojo. MP de los restos del naufragio mostró un comportamiento típico de PE prístino, mientras que los gránulos varados exhibieron una microestructura más compleja. (a) Viscosidad compleja a escala logarítmica |η*| (Ec. 2). Solo se encontró una meseta newtoniana a bajas frecuencias para MP dentro del naufragio. (b) Módulo de almacenamiento G´ (círculos) y módulo de pérdida G´´ (triángulos) en una escala logarítmica. G´ fue constantemente más alto que G´´ en el caso de los gránulos de los restos del naufragio, lo cual es típico para el LDPE prístino. Para MP varado, se observó lo contrario. Esto indica una microestructura más compleja. (c) Las tangentes de pérdida tan δ siempre fueron inferiores a uno (línea continua) en el caso de los gránulos varados y superiores a uno para MP del naufragio. Tenga en cuenta la escala logarítmica en el eje x.

El almacenamiento (G′) y el módulo de pérdida (G″), así como las tangentes de pérdida (tan δ = G''/G′) son todas funciones viscoelásticas lineales, que son más sensibles a los cambios en la longitud y la altura de la reticulación. de cadena PE. El MP del naufragio del SS Hamada mostró un comportamiento viscoso predominante (G'' > G′) y valores de tan δ superiores a uno (Fig. 7b y c). Además, a altas frecuencias, se podría detectar un punto de cruce entre G' y G'' con un valor de tan δ de uno. Por el contrario, las curvas de MP varadas eran claramente más planas y G' era consistentemente más alta que G''. En comparación con MP del naufragio, tanto G' como G'' tenían valores más altos en frecuencias bajas y valores más bajos en frecuencias altas. Además, las muestras de playa mostraron un valor de tan δ inferior a uno y también un mínimo en frecuencias bajas a intermedias (Fig. 7c).

En general, la degradación de los gránulos de resina MP fue considerablemente más avanzada en el caso de las muestras de la playa (Tabla complementaria S3 en línea). Exhibían signos típicos de degradación plástica desde el nivel molecular hasta cambios morfológicos, mientras que casi nada de esto estaba ausente para las partículas del interior de los restos del SS Hamada. En particular, las muestras de playa mostraron un entrecruzamiento de las ramas de la cadena, una mayor cristalinidad, un conjunto de propiedades reológicas atípicas para el LDPE prístino, un número mucho mayor de grietas en la superficie que dieron como resultado una red de grietas compleja y, finalmente, una mayor extensión de la fragmentación.

Para realizar análisis comparativos a largo plazo sobre la degradación del plástico con plásticos de edad conocida, los gránulos de resina MP del SS Hamada son otro gran objeto de estudio. Aquí, la fecha del hundimiento y, en consecuencia, el momento en que MP entró en el medio marino se puede determinar en un día. Además, el historial de meteorización está bien documentado para MP dentro del naufragio. Esta información sigue siendo fragmentaria en el caso de gránulos varados hasta que se aproximan nuevos métodos38. No obstante, la carga de PE-MP del SS Hamada proporciona datos precisos y significativos sobre la degradación ambiental de los plásticos, de los que carecen otras investigaciones hasta el momento. El más destacado de estos casos son los ladrillos LEGO®, pero su antigüedad solo se puede acotar en el lapso de una década completa39. También están hechos de acrilonitrilo butadieno estireno, un tipo de polímero que rara vez se usa en la industria. Por el contrario, la cuota de mercado tanto del LDPE como del HDPE suma un total del 36,3%, lo que significa que son los plásticos más producidos en el mundo45. Por lo tanto, los MP del SS Hamada con fecha exacta son más representativos para una proporción muy grande de plásticos que ingresan a los ambientes marinos.

Las mediciones comparativas probaron nuestra hipótesis de que MP varado se ha erosionado en mayor medida que aquellos en las aguas oscuras dentro de los restos del naufragio. MP en la playa mostró distintos cambios morfológicos que ocurren con frecuencia en este hábitat46,47,48,49, lo que indica que este es un patrón general36. En particular, solo MP varado mostró cierto grado de amarilleamiento, ya sea causado por la decoloración de los pigmentos, la descomposición de los estabilizadores o el propio polímero37. Otra observación típica son las escamas, que actuaron como puntos de siembra de grietas que se expandieron hacia el centro de MP varada, dando lugar a la formación de una red compleja46. Este proceso fue acelerado por la incorporación de sal marina u otros minerales biogénicos que aumentan las fuerzas de fricción y alteran las condiciones de reacción39. Por el contrario, el aumento de la cristalinidad de la MP varada podría haber ralentizado la propagación de grietas y la degradación del plástico en general50,51. Tenga en cuenta que el aumento de la cristalinidad se estancará en algún momento, porque el oxígeno no puede penetrar en las fases cristalinas de los polímeros semicristalinos como el LDPE36. Solo las fases amorfas pueden reorganizarse en el caso, las grietas se propagarán37 hasta que alcancen las cavidades, provocando la fragmentación de MP después de la aplicación de la fuerza mecánica de las olas o la vida silvestre48. Como consecuencia, MP secundarias < 300 µm con forma irregular e incluso nanoplásticos podrían liberarse en grandes cantidades48.

Tanto los nanoplásticos como la MP pueden tener un impacto negativo en los entornos marinos. Por ejemplo, la alta cobertura que se encuentra en la playa aumenta la permeabilidad de los sedimentos y reduce la transferencia de calor52. Esto puede influir en los procesos biogeoquímicos, el ciclo de nutrientes y los perfiles de temperatura de una forma aún desconocida. Por lo tanto, alentamos las actividades de limpieza de playas para proteger los ecosistemas vulnerables en el parque nacional Wadi el Gemal.

Principalmente observamos MP con una forma suave. Además, no se detectó ninguna diferencia en el tamaño de las partículas y la pérdida de masa después de veintiséis años. La meteorización tampoco afectó el tamaño de las partículas de los ladrillos LEGO®, que reposaron de cuatro a cinco décadas en ambientes marinos39. Sin embargo, estos plásticos a base de acrilonitrilo butadieno estireno mostraron una pérdida de masa mediana de 18,3 % con un rango entre 2,88 y 39,80 %39. Esto es mucho más alto que la pérdida de masa promedio de 0,57 % que medimos para LDPE. Tenga en cuenta que la pérdida de masa promedio de MP dentro de los restos del naufragio se eligió como línea de base ya que no se podía esperar una pérdida de masa relevante51. En resumen, la pérdida de masa es una función del tipo de polímero y del tiempo, pero no necesariamente influye en el tamaño de las partículas.

Tanto los resultados obtenidos para el tamaño de las partículas como para la masa indican que la fragmentación rara vez ocurrió, incluso en la playa. Sin embargo, las abrasiones mecánicas en los costados de los perdigones dentro de los restos del naufragio son una fuente notable de PM secundaria. Este tipo de degradación de la superficie podría deberse a la alta movilidad de los gránulos en la columna de agua48.

FTIR confirmó la impresión óptica de que MP varada se degradaba más rápido. Mostraron una oscilación de valencia alterada en el área de la huella dactilar. Sorprendentemente, tanto la extensión de los grupos carbonilo como la de los grupos hidroxilo no se alteraron durante la meteorización ambiental36. Esto podría explicarse por la falta de cromóforos en PE. Por lo tanto, la fotodegradación es menos relevante en comparación con otros polímeros sintéticos35. Además, la fotooxidación se limita a los 100 µm53 superiores, por lo que no podemos excluir que no fue posible medir los productos de reacción dentro de la partícula. Por lo tanto, los estudios futuros deberían aplicar cuidadosamente técnicas para eliminar biopelículas de MP varadas. Los perdigones dentro de los restos del naufragio no mostraron anomalías espectrales. En esta zona costera, sólo una proporción despreciable de la radiación UV penetra a 18 m' de profundidad, por lo que no se podría desencadenar la fotooxidación36,54.

El rango de huellas dactilares no alteradas en el espectro IR de MP dentro del naufragio no mostró una diferencia sustancial en la distribución del peso molecular en comparación con la referencia y, en consecuencia, en su estructura molecular. Sin embargo, hay lugar para la incertidumbre, ya que se desconocían las propiedades mismas en el caso del MP prístino de las SS Hamada. El MP de los restos del naufragio se comportó como el PE prístino, que es un polímero de estructura viscosa. Mostró una meseta newtoniana a bajas frecuencias, un comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento, un comportamiento predominantemente viscoso (G'' > G′) y valores de tan δ superiores a uno.

En contraste con estas propiedades reológicas sin cambios de los gránulos del interior de los restos del naufragio, MP varado desarrolló una microestructura más compleja. Por un lado, esos gránulos exhibieron un aumento en los fenómenos de ramificación y entrecruzamiento de cadena larga, que fue el resultado de cambios en la estructura química37. Primero, no exhibieron meseta newtoniana y una alta viscosidad compleja a bajas frecuencias, que es característica de los sólidos viscoelásticos. En segundo lugar, en preparación para GPC, las partículas se hincharon y la muestra de la playa no se pudo disolver en 1,2,4-triclorobenceno debido a los enlaces cruzados en las cadenas moleculares. La insolubilidad de la MP varada se confirma mediante investigaciones reológicas. En tercer lugar, las muestras de playa mostraron un valor de tan δ inferior a uno con un mínimo en frecuencias bajas a intermedias, lo que también indica reacciones elásticas relativas mejoradas. En resumen, la reología proporcionó evidencia suficiente de que las ramas del polímero MP se alargaron. Por otro lado, la escisión de la cadena coincidió. Se han reducido tanto la longitud de la cadena como la masa molar de las cadenas poliméricas. Esto se indica mediante un aumento de la viscosidad compleja |η*| y el correspondiente comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento. La viscosidad compleja más baja a altas frecuencias indica un peso molecular más bajo de las cadenas. Los resultados de la investigación del módulo de almacenamiento y el módulo de pérdida lo respaldan. Tenga en cuenta que una liberación de mono y oligómeros puede causar efectos tóxicos36.

Aunque observamos cierta escisión de la cadena, es poco probable que la biodegradación jugara un papel importante en la descomposición de los gránulos de resina MP del SS Hamada. Para ello, el Mn debe alcanzar valores en torno a 0,5 kg mol-1 para que los microbios puedan mineralizar el PE, pero el MP del naufragio superó este límite 100 veces34. Por lo tanto, los impulsores fundamentales de la degradación del plástico son los factores abióticos, es decir, la radiación UV, el viento, las olas y las mareas35.

En conclusión, proporcionamos evidencia adicional de que las MP varadas se degradan más rápido que las de los océanos. Los principales factores de influencia son la fotooxidación y las fuerzas mecánicas, con efectos posteriores en todos los niveles estructurales de la fisioquímica de MP. Los gránulos de resina MP del SS Hamada son objetos auxiliares para investigar la degradación de plásticos con edad conocida en el medio ambiente. Nuestro estudio proporciona los primeros datos sobre la meteorización de MP del SS Hamada. Las futuras investigaciones a largo plazo deberían arrojar luz sobre los mecanismos vagamente descritos de descomposición plástica y las escalas de tiempo en las que aparecen los cambios morfológicos, químicos y reológicos en MP.

Para el muestreo de MP bajo el agua se utilizó buceo SCUBA siguiendo las normas de seguridad. Bajo el agua, los métodos asistidos por buzos permiten observaciones exactas in situ, documentación y recolección precisa de muestras. Además, se utilizaron los métodos de buceo científico estándar SCUBA, incluida la documentación fotográfica subacuática (TG4, Olympus, Japón) y el protocolo distinto para el muestreo (protocolo de Stuttgart)55. Se tomó una muestra del interior de la bodega de carga del naufragio, que podría considerarse representativa, ya que los gránulos de resina MP están en constante flujo en este sitio de muestra y, por lo tanto, se distribuyen homogéneamente. Después del buceo SCUBA, los MP del naufragio se secaron a la sombra. Las muestras de MP de la playa se recolectaron al azar en cinco lugares diferentes, se agruparon en una muestra compuesta representativa y se limpiaron de arena. Todas las muestras se almacenaron en tubos estándar Falcon (50 ml). No se registraron otros eventos de pérdida de gránulos en el parque nacional Wadi el Gemal desde 1993, por lo que se asegura que no se examinaron otros que gránulos de resina MP del SS Hamada.

Los espectros infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) de gránulos de resina MP (playa: 2 partículas, naufragio: 3 partículas) y el fondo se registraron en modo de transmisión con un total de 32 escaneos, una resolución de 4 cm−1 y un rango de número de onda de 4000–400 cm-1 (espectroscopio Lumos FTIR, Bruker Optik GmbH, Ettlingen, Alemania). La absorción de vapor de CO2 y H2O se redujo automáticamente en el aire ambiente para una mayor claridad. Se utilizó OPUS 7.2 para adquirir y analizar datos y la identificación de polímeros se realizó por comparación con una biblioteca de espectros estándar. Las coincidencias entre este y los espectros de la muestra se evaluaron con la r de Pearson. Una mirada más cercana a los espectros indicó claramente que no había evidencia fácil de fotooxidación. Por lo tanto, se consideró el índice de hidroxilo (3400-3300 cm-1) y el índice de carbonilo (1810-1550 cm-1, y en 700 cm-1 a 750 cm-1). Los grupos carbonilo y vinilo se consideran en muchos casos como los principales productos de fotooxidación del PE y, por lo tanto, a menudo se utilizan como parámetros para evaluar el envejecimiento del PE56,57. Los espectros IR de las mediciones de la superficie mostraron una fuerte superposición causada por la bioincrustación (Fig. S1 complementaria en línea). En algunos casos, las superposiciones eran tan fuertes que no se reconocían bandas de absorción. Por lo tanto, las medidas no solo se tomaron en la superficie de la muestra, sino también desde el interior de la muestra después de cortar las partículas por la mitad.

Las pilas Z se tomaron en modo de campo claro con un microscopio óptico 3D digital para investigar la morfología MP (KEYENCE VHX 7000, objetivo: E20; KEYENCE DEUTSCHLAND GmbH, Neu-Isenburg, Alemania). Para las vistas laterales, los gránulos de resina MP se cortaron verticalmente por la mitad con un bisturí. Los paneles se crearon utilizando FigureJ 1.39 en FIJI ImageJ 1.53c58,59.

Se realizaron exploraciones generales de tomografía computarizada (µCT) de microfoco utilizando un sistema µCT de alta resolución (n = 130 gránulos de la playa y n = 483 gránulos de los restos del naufragio, respectivamente; v|tome|x L, GE Sensing & Inspection Technologies GmbH, Wunstorf , Alemania) que consta de un tubo de rayos X de microfoco con un voltaje de aceleración máximo de 240 kV y un detector de panel plano de 16 bits (área activa 2348 × 2348 píxeles a 200 µm por píxel).

Las exploraciones µCT de los gránulos individuales de la playa se realizaron utilizando un sistema µCT de alta resolución (nanotom, GE Sensing & Inspection Technologies GmbH, Wunstorf) que consta de un tubo de rayos X de nanofoco con un voltaje de aceleración máximo de 180 kV y un 12 detector de panel plano de bits (área activa 2348 × 2348 píxeles a 50 µm por píxel).

Los parámetros de exploración µCT se resumen en la Tabla complementaria S1 en línea. Las imágenes de rayos X 2D así adquiridas se reconstruyeron con un algoritmo de reconstrucción especial conocido como Filtered Back Projection, que está integrado en el módulo de reconstrucción datos|x del fabricante del sistema CT. Los datos de µCT se visualizaron y analizaron con los paquetes de software VGStudioMax 3.2 (Volume Graphics, Heidelberg, Alemania) y Avizo 9.7 (Thermo Fisher Scientific, Merignac, Francia).

Las distribuciones de tamaño de partícula y descriptores de forma se obtuvieron a partir de datos µCT reconstruidos en 3D. El tamaño de partícula se expresó como el diámetro de una esfera con el mismo volumen que la partícula MP. Se calcularon tres descriptores de forma diferentes que caracterizan todas las características de forma relevantes. La redondez de las partículas se midió mediante el factor de forma isoperimétrico f1

con A el área y V el volumen de partículas MP. Cuanto más cerca esté f1 de uno, más forma de MP equivale a una esfera perfecta. La relación de aspecto se midió por elongación. Es decir, la relación entre el calibre más pequeño y el más largo de una partícula. El alargamiento es cercano a uno para objetos alargados como fibras. La planitud alcanza valores cercanos a uno para objetos planos. Para un informe armonizado, los tres descriptores de forma se escalaron a un rango entre cero y uno60.

El color MP se determinó con una lámina RAL-F2 (RAL gGmbH, Alemania, Bonn) como referencia para n = 100 gránulos de resina MP de playa y naufragio, respectivamente.

Además, la masa n = 100 MP se determinó con una balanza analítica (sd ≤ ± 0,0001, Sartorius analytic A 120 S, Sartorius AG, Göttingen, Alemania).

Para investigar el comportamiento térmico de las partículas MP, se realizó calorimetría diferencial de barrido (DSC) (DSC 204 Phoenix, Netzsch, Selb, Alemania). Se pesaron diez muestras de aproximadamente 10 mg y se sellaron en crisoles DSC de aluminio y se colocaron en la celda DSC. Las muestras se calentaron de -50 °C a 170 °C a una velocidad de 10 °C min-1 bajo atmósfera de nitrógeno ejecutando dos ciclos para cada muestra. La cristalinidad de los materiales se calculó utilizando un calor de fusión de 293 J g-1 para PE 100% cristalino.

Para determinar la distribución molecular, el polímero se analizó utilizando una cromatografía de permeación en gel (GPC). Por lo tanto, se disolvieron cinco MP de cada sitio de muestreo en 1,2,4-triclorobenceno a 150 °C. Todos los datos de GPC se registraron utilizando un sistema GPC de alta temperatura equipado con detectores de dispersión de luz, índice de refracción diferencial y viscosímetro (PL-GPC 220, Agilent Technologies, Inc., Santa Clara, Estados Unidos de América). La detección se realizó mediante un detector de dispersión de luz estática multiángulo (Wyatt Dawn Heleos, Santa Bárbara, Estados Unidos de América). Usando este enfoque, se obtuvieron los pesos moleculares absolutos. Como no se pudo medir ningún material no expuesto, los datos de "PE crudo" de ter Halle y colegas44 se extrajeron de las tablas SI 8A y SI 9A y se usaron como referencia en análisis posteriores.

Debido a la meteorización, el grado de ramificación de cadena larga de los polímeros puede aumentar61. Esto reduce la movilidad de la cadena, lo que resulta en un cambio de las propiedades reológicas56,57,62. Por lo tanto, realizamos la caracterización reológica en flujo de corte con un reómetro de placa - placa (Rheometrics DHR 200-D, TA Instruments, Hüllhorst, Alemania) en modo de oscilación. Los barridos de frecuencia se realizaron a 200 °C en atmósfera de nitrógeno, mientras que la separación de las placas se fijó en 1 mm. Los experimentos mecánicos dinámicos se llevaron a cabo en un rango de frecuencia de 100 a 0,1 rad s−1. El LDPE, un polímero de adelgazamiento por cizallamiento, generalmente muestra una meseta newtoniana a bajas frecuencias seguida de una caída de adelgazamiento por cizallamiento. Este comportamiento se puede describir con el modelo de Carreau.

donde |η*| es la viscosidad compleja, η0 es la viscosidad cero, λ es una constante de tiempo cuyo recíproco corresponde aproximadamente a la frecuencia anterior ys es un parámetro que describe la pendiente de la región de adelgazamiento por cizallamiento. Además, se registraron el módulo de almacenamiento G' y el módulo de pérdida G'' y se calculó la tangente de pérdida como

Todo el análisis de datos se realizó con R 4.1.1 y RStudio 1.4.1717 (para obtener información sobre los paquetes utilizados, consulte Complementario). Para probar las diferencias entre los sitios de muestra, se calcularon las pruebas t de Welch de dos colas con un nivel de significación de \(\alpha\) = 0,05. La función "tsum.test" del paquete BSDA 1.2.063 fue para evaluar la diferencia estadísticamente significativa en los datos de GPC, ya que solo se proporcionaron estadísticas de resumen para la referencia. En general, se asumió que las posibles desviaciones de la normalidad no influirían en el rendimiento de la prueba t64. El tamaño del efecto no estandarizado se expresó como la diferencia de medias y su respectivo intervalo de confianza del 95%.

Los conjuntos de datos generados y analizados durante el estudio actual están disponibles en el repositorio de Open Science Framework, osf.io/9jxzs.

Andrady, AL & Neal, MA Aplicaciones y beneficios sociales de los plásticos. Filosofía Trans. R. Soc. B Biol. ciencia 364, 1977–84 (2009).

Dris, R., Agarwal, S. & Laforsch, C. Plastics: De una historia de éxito a un problema ambiental y un desafío global. globo Retos 4, 2000026 (2020).

Artículo Google Académico

Persson, L. et al. Fuera del espacio operativo seguro del límite planetario para entidades novedosas. Reinar. ciencia Tecnología 56, 1510–1521 (2022).

Artículo ADS PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Carpenter, EJ & Smith, KL Plásticos en la superficie del mar de los Sargazos. Ciencias (80-. ). 175, 1240-1241 (1972).

Carpenter, EJ, Anderson, SJ, Harvey, GR, Miklas, HP & Peck, BB Esferas de poliestireno en aguas costeras. Ciencias (80-. ). 178, 749–750 (1972).

Lim, X. Los microplásticos están en todas partes, pero ¿son dañinos? Naturaleza 593, 22–25 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Eriksen, M. et al. Contaminación plástica en los océanos del mundo: más de 5 billones de piezas de plástico que pesan más de 250,000 toneladas flotan en el mar. PLoS ONE 9, e111913 (2014).

Artículo ADS PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Jambeck, JR y col. Entradas de residuos plásticos desde la tierra al océano. Ciencias (80-. ). 347, 768–771 (2015).

Hartmann, NB et al. Estamos hablando el mismo idioma? Recomendaciones para un marco de definición y categorización de desechos plásticos. Reinar. ciencia Tecnología 53, 1039–1047 (2019).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Frias, JPGL & Nash, R. Microplastics: Encontrando un consenso sobre la definición. Contaminación de marzo. Toro. 138, 145–147 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Thompson, RC et al. Perdidos en el mar: ¿Dónde está todo el plástico? Ciencias (80-. ). 304, 838–838 (2004).

Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C. & Galloway, TS Microplásticos como contaminantes en el medio ambiente marino: una revisión. Contaminación de marzo. Toro. 62, 2588–2597 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Fendall, LS & Sewell, MA Contribuir a la contaminación marina al lavarse la cara: microplásticos en limpiadores faciales. Contaminación de marzo. Toro. 58, 1225–1228 (2009).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Karlsson, TM y col. El caso de la irresponsabilidad de la contaminación por gránulos de plástico. Contaminación de marzo. Toro. 129, 52–60 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Bertling, J., Bertling, R. & Hamann, L. Plásticos en el medio ambiente: micro y macroplásticos. Causas, cantidades, destino ambiental, efectos, enfoques de solución, recomendaciones. Resumen del estudio del consorcio. (2018).

Anbumani, S. & Kakkar, P. Efectos ecotoxicológicos de los microplásticos en la biota: una revisión. Reinar. ciencia contaminar Res. 25, 14373–14396 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Cabernard, L., Pfister, S., Oberschelp, C. y Hellweg, S. Creciente huella ambiental de los plásticos impulsada por la combustión del carbón. Nat. Sostener. 5, 139–148 (2022).

Artículo Google Académico

Ashton, K., Holmes, L. & Turner, A. Asociación de metales con gránulos de producción de plástico en el medio marino. Contaminación de marzo. Toro. 60, 2050-2055 (2010).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Li, J., Zhang, K. & Zhang, H. Adsorción de antibióticos en microplásticos. Reinar. contaminar 237, 460–467 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Ogata, Y. et al. International Pellet Watch: Monitoreo global de contaminantes orgánicos persistentes (COP) en aguas costeras. 1. Datos de la fase inicial sobre PCB, DDT y HCH. Contaminación de marzo. Toro. 58, 1437–1446 (2009).

Teuten, EL, Rowland, SJ, Galloway, TS & Thompson, RC Potencial de los plásticos para transportar contaminantes hidrofóbicos. Reinar. ciencia Tecnología 41, 7759–7764 (2007).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Teuten, EL et al. Transporte y liberación de productos químicos de los plásticos al medio ambiente y a la vida silvestre. Filosofía Trans. R. Soc. B Biol. ciencia 364, 2027–2045 (2009).

Rillig, MC, Kim, SW, Kim, T. & Waldman, WR La deuda global por toxicidad plástica. Reinar. ciencia Tecnología 55, 2717–2719 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Carbery, M., O'Connor, W. & Palanisami, T. Transferencia trófica de microplásticos y contaminantes mixtos en la red alimentaria marina e implicaciones para la salud humana. Reinar. En t. 115, 400–409 (2018).

Artículo PubMed Google Académico

Setälä, O., Fleming-Lehtinen, V. & Lehtiniemi, M. Ingestión y transferencia de microplásticos en la red alimentaria planctónica. Reinar. albóndigas 185, 77–83 (2014).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Wright, SL, Thompson, RC & Galloway, TS Los impactos físicos de los microplásticos en los organismos marinos: una revisión. Reinar. contaminar 178, 483–492 (2013).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Gigault, J. et al. Opinión actual: ¿Qué es un nanoplástico?. Reinar. contaminar 235, 1030–1034 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Royer, S.-J., Ferrón, S., Wilson, ST & Karl, DM Producción de metano y etileno a partir de plásticos en el medio ambiente. PLoS ONE 13, e0200574 (2018).

Artículo PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Galgani, L. & Loiselle, SA Impactos de la contaminación plástica en la biogeoquímica del carbono marino. Reinar. contaminar 268, 115598 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Hale, RC, Seeley, ME, La Guardia, MJ, Mai, L. y Zeng, EY Una perspectiva global sobre los microplásticos. J. Geophys. Res. Océano. 125, 1–40 (2020).

Artículo Google Académico

Barnes, DKA, Galgani, F., Thompson, RC y Barlaz, M. Acumulación y fragmentación de desechos plásticos en entornos globales. Filosofía Trans. R. Soc. B Biol. ciencia 364, 1985–1998 (2009).

Chamas, A. et al. Tasas de degradación de los plásticos en el medio ambiente. ACS sostener. química Ing. 8, 3494–3511 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Min, K., Cuiffi, JD & Mathers, RT Clasificación de las tendencias de degradación ambiental de los desechos marinos plásticos según las propiedades físicas y la estructura molecular. Nat. común 11, 727 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Andrady, AL Microplásticos en el ambiente marino. Contaminación de marzo. Toro. 62, 1596-1605 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Zhang, K. et al. Comprender la degradación plástica y la formación de microplásticos en el medio ambiente: una revisión. Reinar. contaminar 274, 116554 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Masry, M. et al. Características, destino e impacto de los desechos plásticos marinos expuestos a la luz solar: una revisión. Contaminación de marzo. Toro. 171, 112701 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Andrady, AL El plástico en los microplásticos: una revisión. Contaminación de marzo. Toro. 119, 12–22 (2017).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Brandon, J., Goldstein, M. y Ohman, MD Envejecimiento a largo plazo y degradación de partículas microplásticas: comparación de patrones de meteorización oceánicos y experimentales in situ. Contaminación de marzo. Toro. 110, 299–308 (2016).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Turner, A., Arnold, R. & Williams, T. Desgaste y persistencia del plástico en el ambiente marino: Lecciones de LEGO. Reinar. contaminar 262, 114299 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Ioakeimidis, C. et al. El potencial de degradación de las botellas de PET en el medio ambiente marino: un enfoque basado en ATR-FTIR. ciencia Rep. 6, 23501 (2016).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

CORREOS. Abogado (1965). en Enciclopedia Peninsular 2 (2005).

Siliotti, A. Parque nacional Wadi el Gemal. (Ediciones Geodia, 2015).

Corcoran, PL, Biesinger, MC & Grifi, M. Plásticos y playas: una relación degradante. Contaminación de marzo. Toro. 58, 80–84 (2009).

Artículo CAS PubMed Google Académico

ter Halle, A. et al. ¿Hasta qué punto se erosionan los microplásticos del océano abierto?. Reinar. contaminar 227, 167–174 (2017).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Geyer, R., Jambeck, JR & Law, KL Producción, uso y destino de todos los plásticos jamás fabricados. ciencia Adv. 3, e1700782 (2017).

Artículo ADS PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Acosta-Coley, I. & Olivero-Verbel, J. Pellets de resina microplástica en una playa tropical urbana en Colombia. Reinar. Monitorear Evaluar. 187, 435 (2015).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Fotopoulou, KN & Karapanagioti, HK Propiedades superficiales de gránulos de plástico varados. Mar. Medio Ambiente. Res. 81, 70–77 (2012).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Song, YK et al. Efectos combinados de la duración de la exposición a los rayos UV y la abrasión mecánica en la fragmentación de microplásticos por tipo de polímero. Reinar. ciencia Tecnología 51, 4368–4376 (2017).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Turner, A. & Holmes, L. Ocurrencia, distribución y características de los gránulos de producción de plástico varados en la isla de Malta (Mediterráneo central). Contaminación de marzo. Toro. 62, 377–381 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Julienne, F., Lagarde, F. & Delorme, N. Influencia de la estructura cristalina en la fragmentación de poliolefinas meteorizadas. polim. degradar Puñalada. 170, 109012 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Beltrán-Sanahuja, A., Casado-Coy, N., Simó-Cabrera, L. & Sanz-Lázaro, C. Monitoring polymer degradation under different conditions in the marine environment. Environ. Pollut. 259, 113836 (2020).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Carson, HS, Colbert, SL, Kaylor, MJ & McDermid, KJ Pequeños desechos plásticos cambian el movimiento del agua y la transferencia de calor a través de los sedimentos de la playa. Contaminación de marzo. Toro. 62, 1708-1713 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Académico

ter Halle, A. et al. Comprender el patrón de fragmentación de los desechos plásticos marinos. Reinar. ciencia Tecnología 50, 5668–5675 (2016).

Artículo ADS PubMed CAS Google Scholar

Tedetti, M. & Sempéré, R. Penetración de la radiación ultravioleta en el medio marino. Una revisión. fotoquímica Fotobiol. 82, 389 (2006).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Brümmer, F., Fritz, GB, Jaklin, A. & Pfannkuchen, M. Muestreo de esponjas: Desarrollo de una buena práctica científica. en Investigación en Sistemas Marinos Someros y de Agua Dulce. Actas del 1er Taller Internacional. Geología en línea de Freiberg. 22 9–11 (2009).

Hussein, IA Investigación reológica de la influencia de la estructura molecular en la degradación UV natural y acelerada del polietileno lineal de baja densidad. polim. degradar Puñalada. 92, 2026–2032 (2007).

Artículo CAS Google Académico

Hatzikiriakos, SG Efectos de ramificación de cadena larga y polidispersidad en las propiedades reológicas de los polietilenos. polim. Ing. ciencia 40, 2279–2287 (2000).

Artículo CAS Google Académico

Mutterer, J. & Zinck, E. Figuras de artículos rápidas y limpias con FigureJ. J. Microsc. 252, 89–91 (2013).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Schindelin, J. et al. Fiji: una plataforma de código abierto para el análisis de imágenes biológicas. Nat. Métodos 9, 676–682 (2012).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Crompton, C. Forma de partícula: un parámetro importante en la fabricación farmacéutica. Pharmaceut.l Manuf. Embalar. Fuente (2005).

Aumento de la ramificación de cadena larga por tratamiento termooxidativo de LDPE: evidencia cromatográfica, espectroscópica y reológica. J. Reol. (NYN Y). Rev. 57, 105–129 (2013).

Tian, J., Yu, W. & Zhou, C. La preparación y caracterización reológica del polipropileno ramificado de cadena larga. Polímero (Gremio). 47, 7962–7969 (2006).

Artículo CAS Google Académico

Arnholt, AT & Evans, B. BSDA: Estadística básica y análisis de datos. (2017).

Poncet, A., Courvoisier, DS, Combescure, C. & Perneger, TV La normalidad y el tamaño de la muestra no son importantes para la selección de una prueba estadística adecuada para las comparaciones de dos grupos. Metodología 12, 61–71 (2016).

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Descargar referencias

Agradecemos a Ulrich Fritz de la Universidad de Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik, por la asistencia técnica con la calorimetría diferencial de barrido, a Laura Plüschke, Leibniz Institute of Polymer Research Dresden, por realizar la cromatografía de permeación en gel, a Kalman Geiger de la Universidad de Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik, por la discusión en profundidad de los resultados reológicos, e Iris A. Schnepf por sus valiosos comentarios sobre un borrador inicial del manuscrito.

Financiamiento de acceso abierto habilitado y organizado por Projekt DEAL.

Estos autores contribuyeron por igual: Franz Brümmer y Uwe Schnepf.

Instituto de Biomateriales y Sistemas Biomoleculares, Unidad de Investigación de Biodiversidad y Buceo Científico, Universidad de Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70569, Stuttgart, Alemania

Franz Brümmer, Uwe Schnepf y Rahma Abdi

Instituto de Tecnología de Plásticos IKT, Universidad de Stuttgart, Pfaffenwaldring 32, 70569, Stuttgart, Alemania

julia resch & cristiano bonten

Grupo de buceo científico de la Universidad de Stuttgart (WiTUS), Universidad de Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70569, Stuttgart, Alemania

Franz Brümmer y Ralph-Walter Müller

Instituto de Estructura y Diseño DE, Instituto Aeroespacial Alemán (DLR), Pfaffenwaldring 38 - 40, 70569, Stuttgart, Alemania

Raouf Jemmali

Beluga Egypt, 32 Bahaa Eldin Elghatwary St, Semoha 12th floor apartment 1203, Alejandría, Egipto

Hisham Mostafa Kamel

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FB y R.-WM realizaron las inmersiones científicas para el muestreo tanto bajo el agua como en la playa; R.-WM, FB, HMK y US conceptualizaron el estudio; US gestionó las diversas investigaciones científicas, FB, RJ, CB, HMK, R.-WM proporcionaron recursos; US, JR y RJ realizaron los experimentos; US, FB, JR, RJ y RA analizaron, interpretaron y discutieron formalmente los resultados; EE. UU. visualizó y seleccionó los datos; FB y CB eran responsables de la supervisión; US, FB, RF, RA y JR escribieron el borrador original y todos los autores revisaron, discutieron y editaron el manuscrito.

Correspondencia a Franz Brümmer.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Brümmer, F., Schnepf, U., Resch, J. et al. Laboratorio in situ de degradación de plásticos en el Mar Rojo. Informe científico 12, 11956 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-15310-7

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Recibido: 22 Abril 2022

Aceptado: 22 junio 2022

Publicado: 13 julio 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-15310-7

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