ملخص
الجزيئات البلاستيكية الدقيقة هي قطع بلاستيكية صغيرة تنتج عن تحلّل أشياء بلاستيكية أكبر حجمًا، مثل زجاجات المياه وأكياس التسوق وعبوات حفظ الطعام وغيرها من النفايات البلاستيكية. ويمكن أن تكون هذه الجزيئات صغيرة بحجم خلية من البكتيريا أو كبيرة بحجم حبة من الأرز. وتتعدد أشكال الجزيئات البلاستيكية الدقيقة، فبعضها مستدير وأملس، في حين يأخذ البعض الآخر شكل الألياف أو الشظايا. والعلماء على علم بوجودها في الطبيعة منذ سبعينيات القرن العشرين، ولكنهم يجدونها مؤخرًا في كل مكان يبحثون فيه تقريبًا، في الهواء والبحيرات والأنهار والمحيطات والبحار وعلى اليابسة (البر)، بل وفي الأماكن النائية مثل بحيرات القطب الشمالي وثلوجه. في هذا المقال، سنكشف لك عن العالم الخفي للجزيئات البلاستيكية الدقيقة والأدوات المدهشة التي يستخدمها العلماء لتحليلها، كما سنوضح لك كيف يمكنك إجراء تجربتك الخاصة لتحليل عينة منها تأخذها من شاطئ قريب.
ما هي الجزيئات البلاستيكية الدقيقة وما مصدرها؟
في خمسينيات القرن العشرين، تم اكتشاف مادة جديدة فائقة القوة ومتعددة الاستخدامات، وهي البلاستيك الذي يُصنع في أغلب الأحيان من الوقود الأحفوري. ومن الأدقّ علميًا أن نقول "المواد البلاستيكية" لوجود أنواع متعددة من البلاستيك. منذ اكتشاف المواد البلاستيكية وهي تُستخدم في العالم كله لصنع عدة أغراض مثل العبوات والزجاجات وشباك الصيد ومواد البناء والتشييد والمعدات الطبية والإطارات، بل وحتى الملابس (الشكلان B ,1A).
- شكل 1 - (A) هناك مصادر متعددة للجزيئات البلاستيكية الدقيقة، ومنها الإطارات وأقراص الصابون والأكياس البلاستيكية والملابس المصنوعة من مواد صناعية والدهانات ووسائل النقل البحري.
- (B) أمثلة على المنتجات البلاستيكية التي تلوث البيئة. (C) تتفاوت أشكال الجزيئات البلاستيكية الدقيقة (مصدر الصورة: من إعداد المؤلف، مع استخدام أيقونات من https://ian.umces.edu/media-library/ والبعض الآخر من https://www.flaticon.es/).
ينتهي المطاف بالمواد البلاستيكية أحيانًا في البيئة الطبيعية لأنها لا تُلقى في سلة المهملات (أو ربما لا توجد سلة من الأساس). وبعد وصولها إلى البيئات الطبيعية، يتسبب التفاعل مع ضوء الشمس في تحلل العناصر البلاستيكية إلى جسيمات بلاستيكية أصغر حجمًا اسمها الجزيئات البلاستيكية الدقيقة. ويمكن أن تكون صغيرة بحجم 1 ميكرومتر (لا تُرى بالعين المجردة مثل حجم خلية بكتيرية) وقد تكون "كبيرة" ويبلغ حجمها 5 مم (أي حوالي 0.2 بوصة، أصغر قليلاً من حبة أرز ولكنها تُرى بالعين المجردة) [1]. وهذا التحلل يحدث لأي نوع من النفايات البلاستيكية، مثل زجاجات مياه الشرب وشباك الصيد وبالونات أعياد الميلاد. بالإضافة إلى ذلك، تنتج الشظايا البلاستيكية الصغيرة من إطارات الشاحنات والسيارات عندما تتعرض للتآكل نتيجة الاحتكاك مع أسطح الطرق. وعند هطول الأمطار، تنتقل جسيمات الإطارات الصغيرة هذه إلى الأنهار، لينتهي بها المطاف في مياه البحار والمحيطات. تُعد المنازل أيضًا من مصادر الجزيئات البلاستيكية الدقيقة، فعلى سبيل المثال، عندما نغسل ملابسنا، قد تتسرب 700,000 من الألياف البلاستيكية الدقيقة، وتصل في النهاية إلى المحيطات والبحار من خلال الأنهار [2]. وكل هذه الجزيئات البلاستيكية الدقيقة متعددة المصادر ذات أشكال مختلفة (الشكل 1C)، وألوان مختلفة كذلك، ومصنوعة من أنواع مختلفة من المواد البلاستيكية مثل البوليسترين والبولي بروبيلين والبولي إيثيلين والبولي إيثيلين تيريفثالات وكلوريد البولي فينيل (PVC).
لماذا يجب علينا الاهتمام بالجزيئات البلاستيكية الدقيقة؟
الجزيئات البلاستيكية الدقيقة مصدر قلق عالمي، إذ تنطلق في الطبيعة وتسبب تلوث المياه والتربة والغلاف الجوي. وينتقل معظم هذه الجزيئات إلى المحيطات والبحار من خلال الفيضانات وعبر الأنهار وبسبب الرياح القوية. وقد وجد العلماء جزيئات بلاستيكية دقيقة في العديد من الأماكن، مثل تربة الأراضي الزراعية والرواسب في أعماق المحيطات وبحيرات القطب الشمالي، بل وحتى في الثلوج. نقلت بعض الدراسات أيضًا أن حيوانات مثل الطيور والدلافين والحيتان تأكل هذه الجزيئات بالخطأ [3].
من المهم فهم مدى شيوع الجزيئات البلاستيكية الدقيقة في الطبيعة لمعرفة مقدار الضرر الذي تسببه لنا. فهناك عدة آثار مختلفة لها على الجسم البشري؛ إذ يمكن أن تدخل إلى مجرى الدم، وتشير بعض الدراسات إلى أنها قد تزيد من خطر الإصابة بأمراض القلب [4]. بالإضافة إلى ذلك، فبعض المواد الكيميائية المرتبطة بالجزيئات البلاستيكية الدقيقة، مثل ثنائي الفينول أ والفثالات، يمكنها التداخل مع عمل هرموناتنا. وقد يؤثر هذا التداخل على عوامل مثل تنظيم وزن الجسم والصحة العامة [5].
أدوات رائعة للبحث عن الجزيئات البلاستيكية الدقيقة ودراستها
إن رصد الجزيئات البلاستيكية الدقيقة في البيئات الطبيعية، وخاصةً الجزيئات الصغيرة جدًا، ليست مهمة سهلة لأنها لا تُرى بالعين المجردة. ويقوم العلماء بدور المحققين وهم يحاولون البحث عن هذه الجزيئات في الطبيعة. فيستخدمون أدوات متنوعة ومختلفة لاستخراجها من الماء والهواء والتربة لإجراء المزيد من الأبحاث عليها [6]. من الأدوات المفيدة للتعرف البصري على هذه الجزيئات وقياسها الفحص المجهري، وخاصةً عند استخدام مجهر قوي اسمه المجهر الإلكتروني.
باستخدام نوع مختلف من المجاهر، تتوهج الجزيئات البلاستيكية الدقيقة عند صبغها بصبغة اسمها "نيل رِد"، مما يسهّل ملاحظتها. يرصد التحليل الطيفي مختلف الجزيئات البلاستيكية الدقيقة بتحليل الضوء المنعكس منها، مما يساعد في تحديد نوع البلاستيك من خلال "بصمته" الضوئية الفريدة. يمكن أيضًا استخدام التحليل الكيميائي لتحديد المركّبات الكيميائية في كل نوع من الجزيئات البلاستيكية الدقيقة. وللقيام بذلك، يتم تسخين هذه الجزيئات في فرن لتحليلها إلى مركبات أصغر. تنتقل المكونات داخل أنبوب خاص بسرعات مختلفة، وفي النهاية تلتقط أداة علمية أخرى "صورة" لكل مكون لتحديد تركيبه. واسم هذه التقنية هو التحلل الحراري متبوعًا بكروماتوغرافيا الغاز مع مطيافية الكتلة.
بشكل عام، يتكرر التحليل باستخدام أيٍّ من هذه الأدوات المدهشة عدة مرات للتأكد من صحة وموثوقية النتائج. ويستخدم العلماء أيضًا عدة طرق للتأكد مرة أخرى من صحة نتائجهم، مما يضمن حصولهم على أفضل معلومات متاحة.
حان وقت المغامرة: الكشف عن الجزيئات البلاستيكية الدقيقة عند الشاطئ
إذا أردت القيام بدور المحقق البيئي وجمع بياناتك بنفسك حول الجزيئات البلاستيكية الدقيقة عند الشاطئ، فهذه هي فرصتك. كل ما عليك هو اتباع هذه الخطوات البسيطة [6].
لجمع العينات، ستحتاج إلى ما يلي (الشكل 2A):
مسطرة طولها 50 سم
سباتولا أو ملعقة معدنية
وعاء زجاجي أو معدني
- شكل 2 - العناصر اللازمة (A) لجمع عينتك و(B) التحليل "المخبري" للجزيئات البلاستيكية الدقيقة الذي يمكنك تنفيذه.
- (C) مثال على فلتر به جزيئات بلاستيكية دقيقة مأخوذة من عينة.
اذهب إلى الشاطئ واتبع الخطوات التالية:
1. ارسم مربعًا أبعاده 50 × 50 سم على الرمال باستخدام السباتولا.
2. اكشط المنطقة التي حددتها بالسباتولا لتصل إلى عمق 1 سم تقريبًا.
3. اجمع كل الرمال ثم استخدم السباتولا أو الملعقة لوضعها في الوعاء الزجاجي أو المعدني.
لا تستخدم أي أدوات بلاستيكية أثناء جمع العينات، بل استخدم الأوعية الزجاجية أو المعدنية. ارتدِ ملابس قطنية أثناء عمليتي الجمع والتحليل.
لأجل التحليل في "مختبرك"، ستحتاج إلى ما يلي (الشكل 2B):
الوعاء وبه العينة التي أخذتها
ميزان
زجاجة زجاجية وبها لتر من الماء
400 جم من الملح
مصفاة معدنية ذات فتحات صغيرة جدًا (يمكنك العثور عليها في مطبخك) وإذا أمكن، فحاول قياس حجم الفتحات في المصفاة (سيكون حجمها نحو بضعة مليمترات)
هاتف ذكي أو كاميرا لالتقاط الصور
فلتر ورقي مصنوع منزليًا يمكنك إعداده بقص دائرة من ورقة
فيما يلي الخطوات التي عليك اتباعها لتحليل الجزيئات البلاستيكية الدقيقة في عينتك:
1. اترك الرمال تجف لمدة يومين أو 3 أيام إلى أن تكون خالية تمامًا من الرطوبة. إذا كانت هناك أغصان أو أوراق نباتات في العينة، فأزلها باستخدام الملعقة بأقصى قدر من الرفق. قم بقياس وزن العينة واكتب النتيجة بالجرام.
استخدام المصفاة المعدنية، افصل العينة إلى جزأين (أحدهما أصغر من حجم شبكة المصفاة والآخر أكبر منها). عليك تحليل الجسيمات الأكبر فقط. ولتحليل الجسيمات الصغيرة، ستحتاج إلى مجهر.
2. اخلط الملح (400 جم) مع لتر الماء. امزجهما بقوة برجّ الزجاجة أو التقليب بملعقة معدنية. إذا كانت الزجاجة ذات غطاء، فتأكد من أنه معدني وليس بلاستيكيًا، وإن لم يكن كذلك، فأضف ورق ألومنيوم بين الغطاء والزجاجة.
وبعد الخلط جيدًا، ضع عينتك في الزجاجة التي تحتوي على الماء والملح.
امزج بقوة مرة أخرى واترك الخليط لمدة 24 ساعة. في اليوم التالي، اسكب برفق كبير الجزء العلوي من الماء (حوالي 5 سم أو 1.97 بوصة) من خلال المصفاة نفسها من جديد، ولكن بعد وضع الفلتر الورقي داخلها في هذه المرة.
اترك الفلتر الورقي يجف لمدة 24 ساعة أخرى. ويمكنك الاستعانة بعدسة مكبّرة لفحص ما يوجد في الفلتر أو استخدم هاتفك الذكي لالتقاط صورة للعينة. وإذا أردت الحصول على درجة عالية من الدقة، فالتقط صورة للفلتر قبل فلترة عينة الماء. فهذا سيساعدك في التمييز بين ما نتج عن العينة المُفلترة وما كان موجودًا على الفلتر في البداية.
3. قم بإحصاء عدد الجسيمات الموجودة، وستجد أن العديد منها جسيمات بلاستيكية (الشكل 2C).
يمكنك الآن إجراء بعض الحسابات العلمية.
لمعرفة مقدار التلوث بالجزيئات البلاستيكية الدقيقة في عينتك، اقسم عدد الجسيمات البلاستيكية على وزن العينة الذي كتبته في البداية. ستحصل على عدد الجزيئات البلاستيكية الدقيقة في كل جرام من الرمال. والآن يمكنك مقارنة النتائج بين عينات مختلفة من الرمال وتحديد العينة التي بها أكبر عدد من الجزيئات البلاستيكية الدقيقة.
أي بحث مخبري مثل هذا يتطلب بيئة عمل منظمة ونظيفة. فعند دراسة الجزيئات البلاستيكية الدقيقة، يجب ألا تستخدم أبدًا المواد البلاستيكية لأنها قد تضيف البلاستيك إلى عينتك. ولذلك، يجب ارتداء الملابس القطنية والقفازات المصنوعة من اللاتكس، كما يجب أن تكون كل المواد زجاجية أو معدنية.
حلقات مفقودة في لغز الجزيئات البلاستيكية الدقيقة
على الرغم من توصّل العلماء إلى اكتشافات رائعة، فما زال هناك الكثير من الحلقات المفقودة في لغز الجزيئات البلاستيكية الدقيقة. تخيّل محاولة حلّ لغز لا تنطبق فيه قطع مختلفة الأشكال على بعضها بالكامل. يشبه هذا إلى حدٍّ ما التحديات التي يواجهها العلماء بشأن اختلاف الطرق المستخدمة لقياس الجزيئات البلاستيكية الدقيقة. فنحن بحاجة إلى قواعد أو أدوات موحّدة يمكن للجميع استخدامها. وبهذه الطريقة، سنتمكن جميعًا من فهم النتائج ومقارنتها بشكل أفضل. يوحّد العلماء في العالم كله، بمن فيهم مجموعتنا البحثية، جهودهم من خلال شبكات بحثية تعاونية اسمها "الشراكات التعاونية في العلوم والتكنولوجيا" (COST). وتستعين هذه الشراكات بخبراء من مختلف البلدان للعمل على حلّ تحديات معينة، مثل فهم الجزيئات البلاستيكية الدقيقة. ومن خلال تبادل البيانات والأفكار، تضاعف هذه الشراكات التعاونية المعنية بمواضيع متنوعة (الشكل 3) جهودنا المبذولة في حلّ لغز الجزيئات البلاستيكية الدقيقة [7].
- شكل 3 - يتم بذل جهود علمية في العالم كله لحلّ لغز الجزيئات البلاستيكية الدقيقة وللحفاظ على صحة البشر والكوكب.
تذكّر أنه حتى أصغر المساهمات تُحدث فرقًا، سواء كانت تقليل استخدام البلاستيك وإعادة التدوير بشكل صحيح أو دعم القواعد التي تشجع على استخدام المواد الصديقة للبيئة أو تحسين الفلاتر في الغسالات ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي أو نشر المعرفة أو فتح باب النقاش
حول حماية كوكبنا. وعند تضافر الجهود، يمكننا إحراز تقدم في حلّ مشكلة الجزيئات البلاستيكية الدقيقة والحفاظ على نظافة كوكبنا. وبالإضافة إلى تقليل استهلاك المنتجات البلاستيكية والتخلص منها بشكل صحيح، من أهم الأشياء التي يمكنك أنت شخصيًا القيام بها هي مواصلة الاستكشاف وطرح الأسئلة.
مسرد للمصطلحات
الجزيئات البلاستيكية الدقيقة (Microplastics): ↑ قطع بلاستيكية صغيرة يتراوح حجمها بين 1 ميكرومتر و5 مم (أي 5000 ميكرومتر). وتنتج في الغالب عن تحلل العناصر البلاستيكية الأكبر حجمًا.
الفحص المجهري (Microscopy): ↑ تقنية علمية تُستخدم لرؤية الأشياء التي لا تُرى بالعين المجردة.
المجهر الإلكتروني (Electron Microscope): ↑ أداة تستخدم حزمة من الإلكترونات لتكبير صور عناصر لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
التحليل الطيفي (Spectroscopy): ↑ طريقة علمية هدفها تحديد مكوّنات المواد من خلال الكيفية التي تمتص بها الضوء وتعكسه. فلكل مادة "بصمة" ضوئية فريدة.
التحليل الكيميائي (Chemical Analysis): ↑ عملية تفصل المواد الموجودة في عينات مختلفة وتحدّدها وتقيس كمياتها.
التحلل الحراري متبوعًا بكروماتوغرافيا الغاز مع مطيافية الكتلة (Pyrolysis Gas Chromatography-Mass Spectrometry): ↑ تقنية علمية تهدف إلى دراسة المواد المعقدة، إذ تُسخّن حتى تتحلل إلى مكوناتها ليتم بعد ذلك فصلها وتحديدها.
إقرار تضارب المصالح
يعلن المؤلفون أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.
شكر وتقدير
يستند هذا المقال إلى أبحاث مشروع COST CA20101 تحت عنوان "رصد البلاستيك والكشف عنه ومعالجته واسترداده" أو اختصارًا PRIORITY، وقد تم دعمه من COST (الشراكة التعاونية الأوروبية في العلوم والتكنولوجيا، https://www.cost.eu). وتقرّ MV بالدعم الذي قدّمه مشروع MS4Plastics المموّل من الاتحاد الأوروبي (H2020-MSCA-IF-2020، بموجب اتفاقية المنحة رقم 101023 205). ويعرب IZ عن امتنانه للتمويل المُقدّم من المشاريع SARASWATI 2، وPLTKTARENG5، وPLTKTARENG73، وNANAQUA، وNEUTEN "تحديد أفضل التقنيات المتاحة للمعالجة اللامركزية لمياه الصرف الصحي واسترداد الموارد في الهند"، وSLTKT20427 "معالجة حمأة الصرف الصحي من المعادن الثقيلة والملوثات الناشئة واسترداد المعادن باستخدام الفطريات"، ومن المشروع المموّل من صندوق التنمية في جامعة تارتو رقم PLTKT ARENG5، ومن المشروع المموّل من المفوضية الأوروبية في إطار برنامج INTERREG "تحسين جودة مياه منطقة بحر البلطيق باستخدام عمليات المعالجة المتقدمة"، ومشروع "التحويل الحيوي التحفيزي في الموقع للمركبات الدوائية الفعالة داخل مياه الصرف الصحي" المموّل من CELSA، ومشروع "الحدّ من انبعاثات غازات الدفيئة في قطاع معالجة مياه الصرف الصحي من خلال إزالة النيتروجين باستخدام كائنات ذاتية التغذية كبديل للعمليات غيرية التغذية" المموّل من المجلس الأوروبي للابتكار (EIC)، ومن مشاريع COST التالية: CA20127، CA20138، CA22102، CA22110، CA22123، CA22162، CA22146. حصلت TS وJC على الدعم من وزارة الاقتصاد والتنافسية التابعة للحكومة الإسبانية من خلال المنحة PID2021-123860OB-I00.
إفصاح أدوات الذكاء الاصطناعي
تم إنشاء النص البديل (alt text) المرفق بالأشكال في هذه المقالة بواسطة "فرونتيرز" (Frontiers) وبدعم من الذكاء الاصطناعي، مع بذل جهود معقولة لضمان دقته، بما يشمل مراجعته من قبل المؤلفين حيثما كان ذلك ممكناً. في حال تحديدكم لأي خطأ، نرجو منكم التواصل معنا.
المراجع
[1] ↑ Rist, S., Hartmann, N. B., and Welden, N. A. C. 2021. How fast, how far: Diversification and adoption of novel methods in aquatic microplastic monitoring. Environ. Pollut. 291:118174. doi: 10.1016/j.envpol.2021.118174
[2] ↑ Napper, I. E., and Thompson, R. C. 2016. Release of synthetic microplastic plastic fibres from domestic washing machines: effects of fabric type and washing conditions. Mar. Pollut. Bull. 112:39–45. doi: 10.1016/j.marpolbul.2016.09.025
[3] ↑ Merrill, G. B., Hermabessiere, L., Rochman, C. M., and Nowacek, D. P. 2023. Nowacek, Microplastics in marine mammal blubber, melon, & other tissues: evidence of translocation. Environ. Pollut. 335:122252. doi: 10.1016/j.envpol.2023.122252
[4] ↑ Marfella, R., Prattichizzo, F., Sardu, C., Fulgenzi, G., Graciotti, L., Spadoni, T., et al. 2024. Microplastics and nanoplastics in atheromas and cardiovascular events. N. Engl. J. Med. 390:900–10. doi: 10.1056/NEJMoa2309822
[5] ↑ Li, P., and Liu, J. 2024. Micro(nano)plastics in the human body: sources, occurrences, fates, and health risks. Environ. Sci. Technol. 58:3065–307. doi: 10.1021/acs.est.3c08902
[6] ↑ Rani, M., Ducoli, S., Depero, L. E., Prica, M., Tubić, A., Ademovic, Z., et al. 2023. A complete guide to extraction methods of microplastics from complex environmental matrices. Molecules 28:5710. doi: 10.3390/molecules28155710
[7] ↑ Federici, S., Ademovic, Z., Amorim, M. J. B., Bigalke, M., Cocca, M., Depero, L. E., et al. 2022. COST Action PRIORITY: an EU perspective on micro- and nanoplastics as global issues. Microplastics 1:282–90. doi: 10.3390/microplastics1020020