海洋におけるプラスチックの生分解性のレビュー

近年、世界のプラスチックの年間生産量と使用量は大幅に増加しています。ほとんどのプラスチックは急速な生分解が難しく、海に入ると大きな粒子またはマイクロプラスチックに変化し、海洋生物に摂取されたり絡まったりする可能性があり、海洋生態系に脅威を与える可能性があります。マイクロプラスチックの生分解性は、その化学組成、海洋中の栄養素の利用可能性、微生物の種類、および処理時間によって異なります。
 
図1に示すように、深さ40メートル以内のマイクロプラスチックは生分解するのに数日から数か月かかり、40～200メートルの範囲内のマイクロプラスチックは数か月から数年、さらに深いところのマイクロプラスチックは数世紀かかります。酸素含有量、温度、リン、窒素などの要因は、微生物の増殖と海洋マイクロプラスチックの生分解にとって重要な制限要因です。マイクロプラスチックは海洋の微生物生態学的バランスを変える可能性があり、微生物は溶存有機窒素、アンモニア、硝酸塩などの活性窒素のごく一部しか摂取できません。窒素含有量は短期的には比較的低く、微細藻類は栄養の乏しい環境への適応力により、30億年間にわたり海洋の主要な種となってきたというのが大方のコンセンサスだ。研究によると、マイクロプラスチック粒子上の藍藻は、周囲の海洋環境の細菌よりも豊富であることが判明しました。

図 1 海洋におけるマイクロプラスチックの分解 - 原文より
米国海洋大気庁 (NOAA)、米国材料試験協会 (ASTM)、および国際標準化機構 (ISO) は、人工材料、プラスチック、合成材料、およびそれらの生分解性を分析するための方法を発表しました。 ASTM および ISO 規格は、海洋環境における生分解性を評価するための呼気測定法も開発しました。好気的条件下では、プラスチックサンプルが二酸化炭素に生分解されるための最小要件は 60% ～ 70% であり、その期間は 3 か月 (ASTM D6691-09)、6 か月 (ASTM D7473-12)、および 24 か月 (ISO 18830、ISO 19679、ASTM D7991-15) の範囲に及びます。
 
海水中のバクテリアが必要とする窒素の量は限られているため、ASTM 法を使用した推定生分解速度は、海洋での実際の速度よりも 6000 倍高い可能性があります。試験で使用される生分解時間の範囲も過大評価される可能性があります。したがって、実際の状況では、海洋環境におけるマイクロプラスチックの生分解速度は推定よりも低い可能性があります。
 
さらに、マイクロプラスチックは海洋生態系に大きな影響を与えます。マイクロプラスチックは広大な表面積を提供し、すぐに無機および有機物質で覆われ、海洋環境でのバイオフィルム形成のための炭素と栄養素を提供します。現在、マイクロプラスチックはすべての海洋で発見されており、同じ水域内でも、マイクロプラスチック繊維上の微生物は、周囲の粒子や水中の浮遊微生物とは大きく異なります。したがって、既存の海洋微生物生態学的バランスが破壊され、好ましくない方向に発展するのを防ぐために、有機負荷と窒素利用可能性をモデル化する必要があります。
 
重要な発見
窒素含有量が減少した後も、藻類が依然として主要なグループである可能性があり、海洋の食物連鎖に悪影響を与える可能性があります。今後の研究では、生分解性の試験方法を改善し、有機負荷と窒素の利用可能性をモデル化する必要があります。