پلاستیک بخشی جدایی‌ناپذیر از زندگی روزمره ماست. غذاهایمان را بسته‌بندی می‌کند، در لباس‌هایمان وجود دارد، ابزارهای دیجیتالی‌مان را نگه می‌دارد و حتی از طریق تجهیزات پزشکی به درمان ما کمک می‌کند. اما پلاستیک تجزیه‌پذیر نیست.
با گذشت زمان، پلاستیک به قطعات کوچکتر شکسته می‌شود – تا حد ذرات میکروسکوپی و نانوذرات – اما هرگز به طور کامل به اجزای شیمیایی اولیه‌اش تجزیه نمی‌شود.
این نانوپلاستیک‌ها، که تنها ۱ تا ۱۰۰ نانومتر قطر دارند، با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند. با این حال، ممکن است یکی از جدی‌ترین تهدیدها برای زندگی روی زمین باشند.
وقتی وارد محیط زیست می‌شوند، نانوپلاستیک‌ها می‌توانند به هوا، آب و خاک نفوذ کنند. به بافت‌های زنده می‌چسبند، با مواد شیمیایی مضر پیوند برقرار می‌کنند و احتمال دارد در سراسر اکوسیستم‌ها حرکت کنند.
خاک، دروازه‌ای حیاتی برای ورود نانوپلاستیک‌ها
خاک به‌طور خاص، نقش بسیار مهمی دارد. آب را در خود نگه می‌دارد، به گیاهان مواد مغذی می‌رساند و با تولید غذا در ارتباط است. اما وقتی نانوپلاستیک‌ها وارد این دنیای زیرزمینی پیچیده می‌شوند، چه اتفاقی می‌افتد؟
یک مطالعه جدید از ژاپن، بینش‌های مهمی درباره این موضوع ارائه می‌دهد. این تحقیق که در مجله Science of The Total Environment منتشر شده، بررسی می‌کند که نانوپلاستیک‌ها چگونه در انواع مختلف خاک حرکت می‌کنند.
رفتار نانوپلاستیک‌ها در خاک چگونه است؟
این پژوهش توسط کیوهی تسوچیدا، دانشجوی دکترای مؤسسه ملی علوم و فناوری صنعتی پیشرفته ژاپن (AIST) و دانشگاه واسدا انجام شده است. او با یوکاری ایموتو، تاکشی سایتو و جونکو هارا از AIST همکاری کرده و پروفسور یوشیشیگه کاوبه از دانشگاه واسدا نیز در این مطالعه نقش داشته است.
هدف آن‌ها این بود که بفهمند نانوپلاستیک‌ها چگونه در خاک مهاجرت می‌کنند. آن‌ها بررسی کردند که ذرات پلاستیکی چگونه به هم می‌چسبند، به ذرات خاک متصل می‌شوند و بر رفتار ذرات خاک تأثیر می‌گذارند.
«ویژگی‌های تجمع نانوپلاستیک‌ها و جذب آن‌ها روی سطح ذرات خاک، بر مهاجرت آن‌ها در خاک اثر می‌گذارد،» تسوچیدا توضیح می‌دهد.
نانوپلاستیک‌ها چگونه با خاک واکنش نشان می‌دهند؟
محققان سه پدیده مهم را بررسی کردند:
۱. چگونگی تعامل نانوپلاستیک‌ها با یکدیگر (تجمع هم‌جنس یا homo-aggregation)
۲. میزان چسبندگی نانوپلاستیک‌ها به سطح خاک
۳. تأثیر نانوپلاستیک‌ها بر چسبندگی و توده شدن خود ذرات خاک
این سه فرآیند تعیین می‌کنند که نانوپلاستیک‌ها در خاک چگونه و تا چه اندازه پخش می‌شوند. اگر ذرات به هم بچسبند یا به ذرات خاک متصل شوند، ممکن است در همان محل باقی بمانند. در غیر این صورت، می‌توانند به فاصله‌های دورتری سفر کرده و وارد آب‌های زیرزمینی یا ریشه گیاهان شوند.
برای آزمایش این عوامل، دو نوع خاک انتخاب شد: اندوسول (خاک آتشفشانی غنی از مواد معدنی) و شن ریزدانه که بافتی سست و میزان مواد آلی کمی دارد.
«این دو نوع خاک ویژگی‌های بسیار متفاوتی دارند، و ما آن‌ها را انتخاب کردیم تا درک وسیع‌تری از نحوه تغییر رفتار نانوپلاستیک‌ها در شرایط مختلف خاکی داشته باشیم،» هارا توضیح می‌دهد.
اثر نوع خاک و pH
برای بررسی رفتار نانوپلاستیک‌ها، از نانوذرات پلی‌استایرن استفاده شد؛ ذراتی که در آزمایشگاه ساخته شده‌اند و مشابه پلاستیک‌های رایج در زباله‌ها هستند. این ذرات در محلول‌هایی با pH اسیدی، خنثی و قلیایی معلق شدند تا شرایط مختلف خاکی شبیه‌سازی شود.
پارامترهایی مانند اندازه ذرات، اندازه خوشه‌ها و پتانسیل زتا (zeta potential) اندازه‌گیری شد. پتانسیل زتا نشان‌دهنده بار الکتریکی سطح ذرات است:
- پتانسیل زتای بالا: ذرات یکدیگر را دفع می‌کنند
- پتانسیل زتای پایین: ذرات یکدیگر را جذب کرده و تجمع می‌یابند
برای بررسی چسبندگی نانوپلاستیک‌ها به ذرات خاک نیز از آزمون جذب دسته‌ای (batch adsorption) استفاده شد.
«با استفاده از این آزمون، توانستیم بهتر بفهمیم ذرات پلاستیکی چگونه در منافذ خاک تجمع می‌یابند؛ چیزی که در مطالعات ستونی کمتر بررسی شده،» کاوبه توضیح می‌دهد.
با ترکیب pHهای مختلف و دو نوع خاک متفاوت، نقشه‌ای دقیق از رفتار نانوپلاستیک‌ها ترسیم شد.
نتایج غیرمنتظره درباره پایداری ذرات
ابزارهایی مانند پراش لیزری، طیف‌سنجی UV و تحلیل پتانسیل زتا نشان دادند که ذرات در شرایط آزمایشگاهی تجمع نمی‌یابند – دلیل آن بار الکتریکی آن‌ها بود.
«پتانسیل زتای بسیار منفی نانوذرات پلی‌استایرن باعث دفع بین ذرات می‌شود و این وضعیت با تغییر pH تغییر نمی‌کند،» تسوچیدا گزارش می‌دهد.
اما با افزودن خاک به محیط، شرایط تغییر کرد. نانوپلاستیک‌ها به ذرات خاک چسبیدند و همین موضوع باعث تجمع خاک نیز شد. این فرآیند به شدت وابسته به نوع خاک و pH محیط بود.
شن ریزدانه رفتاری متفاوت از اندوسول از خود نشان داد و این نشان می‌دهد که بافت و ترکیب سطحی خاک، در رفتار نانوپلاستیک‌ها نقش اساسی دارند.
اهمیت شیمی خاک در کنترل آلودگی
یافته‌ها نشان می‌دهند که نوع خاک و pH تعیین می‌کنند نانوپلاستیک‌ها چقدر می‌توانند در خاک حرکت کنند. برخی خاک‌ها ممکن است به خوبی ذرات را به دام بیندازند، در حالی‌که دیگر خاک‌ها مانند غربال، اجازه عبور راحت آن‌ها را می‌دهند.
این تفاوت برای طراحی راهکارهای مقابله با آلودگی پلاستیکی حیاتی است. همه خاک‌های آلوده، واکنش یکسانی به اقدامات پاک‌سازی نشان نمی‌دهند. آنچه در یک اکوسیستم مؤثر است، ممکن است در دیگری ناکارآمد باشد.
این تحقیق، با تأکید بر این تفاوت‌ها، مسیر را برای پژوهش‌ها و سیاست‌گذاری‌های هدفمندتر باز می‌کند.
از اینجا به کجا می‌رویم؟
با افزایش زباله‌های پلاستیکی، حضور نانوپلاستیک‌ها در محیط زیست نیز بیشتر خواهد شد. حرکت آن‌ها در خاک نه‌تنها برای کشاورزی بلکه برای منابع آب آشامیدنی، حیات‌وحش و سلامت انسان نگران‌کننده است.
مطالعاتی از این دست، پایه‌گذار استراتژی‌های جدید هستند. آن‌ها به تهدیدهای نادیده زیر پای ما توجه می‌دهند و یادآوری می‌کنند که هرچند پلاستیک‌ها ممکن است کوچک باشند، اما اثرشان عمیق است.
این پژوهش با طراحی دقیق و آزمایش‌های موشکافانه، دیدگاهی نو درباره مشکلی رو به رشد ارائه می‌دهد.
این مطالعه در مجله Science of The Total Environment منتشر شده است.
