海底微塑料聚集热点区域是由深海环流控制的

微塑料是指直径小于5mm的塑料碎片和颗粒，具有更高的比表面积，比表面积越大，吸附的污染物的能力越强，对于环境的危害程度比“白色污染”塑料更深，被形象地称为“海中的PM2.5”。尽管已知微塑料遍布全球海底，但控制其在深海中的扩散和浓度的过程在很大程度上仍然未知。

什么控制着微塑料在深海海底的分布？来自英国曼彻斯特大学的伊恩·凯恩等人2020年4月30日在Science上揭示了这个问题的答案。他们在科西嘉海岸附近收集的数据表明，温盐驱动的洋流可以通过产生堆积热点区域来控制微塑料的分布，类似于它们在引起海底沉积物沉积集中区域的作用。这种洋流还为深海底栖生物提供氧气和营养，因此深海生物多样性热点也很可能是微塑料热点。

图1 底流对海底微塑料分布的影响

深海海底的微塑料不是与上覆地表垃圾斑块的范围相对应，而是优先集中在不同的地貌环境中。海底峡谷和深海沟槽由于其强大的重力流，似乎是微塑料聚集的热点区域。这种地貌偏差表明，微塑料转移到和穿过深海海底并不能完全由表面环流的垂直沉降来解释。深海海流在微塑料扩散和聚集方面的作用很可能与表面海流的作用相似，但缺乏有效数据的证实。作者通过整合高分辨率地球物理数据、沉积物采样、微塑料分析和数值建模，选择第勒尼安海作为研究区域，将海底微塑料污染与底流联系起来。

他们发现所有海底样品都含有微塑料，在东北撒丁岛大陆坡底部的等高线漂移中的微塑料浓度创造了深海海底记录的最高值，每50g干沉积物中多达182条纤维和9个碎片。由于等高线漂移发生在地球的大部分大陆边缘，这里的高浓度记录强烈表明这些漂移是全球重要的微塑料储存库。

图2 全球和当地海底微塑料的丰度

然而，大陆架和上斜坡的样本中微塑料的浓度最低，证明微塑料浓度与陆地塑料源的距离之间没有关系。相反，微塑料集中在600m至900m的水深范围内，在那里底流形成海底环流并与海底发生最大的相互作用。这些洋流的影响和复杂的地形起伏导致施加在海底的剪应力发生空间变化，剪应力的这些变化解释了微塑料颗粒的局部海底分布，这些颗粒的密度通常低于形成淤泥和砂的矿物，因此更容易被夹带，解释了某些自然地理区域中微塑料的消耗水平和浓度。

图3 微塑料与海底剪应力的关系

虽然在发生底流的地方微塑料丰度通常较高，但似乎存在阈值，高于该阈值微塑料不再集中在海底。在根据流体动力学模型确定的剪切应力范围内对颗粒传输进行建模表明，微塑料可能会在超过0.03至0.04N·m-2的剪应力下重新移动并可能作为床负载传输。在陆架断裂、上大陆坡，特别是等高线壕沟中观察到较高剪应力的区域，那里的底部洋流最为旺盛。这种等高流是微塑料运输的有效代理，虽然微塑料通常沿着斜坡冲过等高壕沟，但它们优先积聚在相邻的等高壕沟中，形成异常集中的微塑料热点。对于丘状等高岩漂移来说尤其如此，相对于大陆坡的其余部分，这些沉积物通常是沉积物积累量极高的地点。

图4 海底洋流控制着微塑料的聚集区域

洋流似乎非常有能力将微塑料从浅水转移到深水，并可能导致通过与陆地来源相连的海底通道将微塑料输送到斜坡下。在封闭或半封闭的盆地中，例如第勒尼安海和更广泛的地中海，循环等高流可能优先在等高线漂移中积聚微塑料。在开阔的大陆斜坡上，等高流可能会分散而不是集中微塑料。在这种情况下，这些水流可能在空间隔离方面发挥关键作用。

海底洋流是营养物质和氧气的有效传送器，因此它们决定了重要的生物多样性热点的位置，然而，相同的海底洋流也可以运输和聚集微塑料。海底微塑料的最高浓度出现在由底流形成的等高线漂移中，其分布受海流强度的空间变化控制。尽管正在努力减少塑料向环境的排放，但我们的海洋还是会受到过去废弃物管理不善的影响，海底洋流将在未来微塑料在深海中的转移和聚集中发挥关键作用。

供稿：张瑾

编辑：张彤 徐娅 李晓萌