空氣中微塑料的危害與治理

王曉雄，劉心悅

（長安大學(xué) 建筑學(xué)院，陜西 西安 710064）

微塑料已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)廣泛存在于全球各地的環(huán)境樣本之中，包括大氣、山區(qū)、極地、冰川、雨水、江河、海洋等。這一發(fā)現(xiàn)充分說明了微塑料在環(huán)境中分布的廣泛性，以及其對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的全球性威脅。長期以來，人們認(rèn)為微塑料只存在于海洋和土壤中，如今很多研究表明，微塑料同樣廣泛存在于空氣中?？諝庵械奈⑺芰衔廴静煌谄渌h(huán)境載體中的微塑料污染，因空氣具有極強(qiáng)的流動(dòng)性，這就使得空氣中的微塑料含量及質(zhì)量難以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而無法做出針對性的預(yù)防措施。這恰是微塑料污染防治最為棘手的問題之一。

空氣中已遍布微塑料

自從塑料出現(xiàn)至今，全球已經(jīng)生產(chǎn)了約83 億噸的塑料及其制品，其中僅有9%得到回收再利用，剩下的絕大部分被釋放到環(huán)境中，少部分被焚燒。隨著時(shí)間的推移，釋放到環(huán)境中的塑料垃圾會(huì)通過風(fēng)化、物理碰撞等形式碎解，碎解中直徑小于5 毫米的塑料被稱為微塑料，主要以顆粒、纖維、薄膜等形態(tài)存在。

過去人們普遍認(rèn)為，微塑料會(huì)通過生態(tài)循環(huán)沉積到海洋、江河和土壤之中，但現(xiàn)在最新的研究發(fā)現(xiàn)，微塑料同樣大量存在于空氣之中。新西蘭的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)了城市上方的空氣中存在大量直徑小于0.01 毫米的微塑料顆粒，并利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算出城市空氣中微塑料顆粒的總量。僅在新西蘭的奧克蘭這座城市，每年就會(huì)有74 噸微塑料顆粒從大氣沉降到地面，相當(dāng)于每年有300 多萬個(gè)塑料瓶從天而降。一般情況下，微塑料很難通過肉眼看見，因此研究人員在收集新西蘭大氣中微塑料沉積樣本時(shí)，借助了發(fā)光有色染料來識別微塑料顆粒，再通過熱處理的辦法對微塑料質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。通過熒光顯微鏡觀察，研究人員計(jì)算出奧克蘭地區(qū)兩個(gè)采樣點(diǎn)大氣中微塑料沉積的速率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，平均每天每平方米的空氣中就有4 885 個(gè)微塑料顆粒。其中，城市建筑及道路周邊觀察點(diǎn)中平均每天每平方米有5 955 個(gè)微塑料顆粒，住宅區(qū)的微塑料沉積更加嚴(yán)重，達(dá)到了每天每平方米33 495個(gè)。在此之前，全球的其他城市，如英國倫敦、德國漢堡、法國巴黎也都發(fā)現(xiàn)了空氣中存在微塑料，2020年倫敦微塑料顆粒沉積的數(shù)據(jù)是平均每天每平方米771個(gè)，漢堡2019 年的數(shù)據(jù)是平均每天每平方米為275 個(gè)，巴黎在2016 年監(jiān)測到的數(shù)據(jù)是平均每天每平方米為110 個(gè)。從這些數(shù)據(jù)上看，奧克蘭地區(qū)空氣中的微塑料沉積遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于倫敦等歐洲城市。

從奧克蘭空氣中微塑料的成分看，主要有8 種聚合物，其中數(shù)量最多的是聚乙烯（PE），主要用于制造塑料袋、薄膜、塑料桶等，是人們?nèi)粘Ｉ钪杏龅阶疃嗟乃芰衔镱愋?，其占比達(dá)39%；其次是聚碳酸酯（PC）和聚乙烯對苯二甲酸酯（PET），兩者的比例分別占到26%和22%，這兩者均是最常見的包裝材料，其中前者主要用于電氣和電子應(yīng)用領(lǐng)域，后者主要用于飲料、飲用水等包裝物。值得注意的是，PE、PC 和PET 也在建筑材料中得到廣泛應(yīng)用，因此這三種聚合物類型占到了奧克蘭大氣中微塑料的大部分。

不過研究人員認(rèn)為，奧克蘭地區(qū)大氣中微塑料沉積水平高，與奧克蘭的地理環(huán)境有直接關(guān)系，是附近海洋和風(fēng)向作用的結(jié)果。這也從側(cè)面表明，海洋環(huán)境中微塑料分布廣泛，會(huì)通過海上風(fēng)力傳播到大氣中。奧克蘭的豪拉基灣周邊海域有大量的塑料垃圾，在海浪和風(fēng)力的作用下海水中的微塑料會(huì)漂浮到空氣中。同時(shí)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向也在這方面起到了很大作用，因?yàn)槌Ｄ昶鞯娘L(fēng)向會(huì)帶來大量的微塑料顆粒向奧克蘭西區(qū)聚集，而西區(qū)正是奧克蘭市中心地區(qū)。

日本在2022 年的一項(xiàng)最新研究中發(fā)現(xiàn)，云層中也存在微塑料，它們可能以人類尚未完全了解的方式影響氣候。日本早稻田大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《環(huán)境化學(xué)快報(bào)》上發(fā)表了相關(guān)研究成果。在這一研究中，研究者通過采集日本富士山等地的云水樣本，再利用先進(jìn)的成像技術(shù)分析，確定了樣本中存在微塑料，所采集的樣本中發(fā)現(xiàn)包括9 種不同類型的聚合物和橡膠，直徑從7.1微米到94.6 微米不等，每升云水樣本中含有6.7 ～13.9粒微塑料。其中，親水中的聚合物更加豐富，由此表明這些顆粒在云的快速形成過程及氣候系統(tǒng)中起著重要作用。研究人員指出，如果不積極應(yīng)對塑料空氣污染問題，氣候變化和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)進(jìn)一步加大，未來會(huì)對環(huán)境造成不可逆的破壞。研究者指出，當(dāng)微塑料到達(dá)高層大氣并暴露在紫外線輻射下，它們的降解速度將會(huì)比在地面上更快，降解過程同時(shí)會(huì)釋放溫室氣體。因此，他們認(rèn)為，未來在研究全球氣候變化問題，應(yīng)當(dāng)將云層中存在的微塑料考慮進(jìn)去。

微塑料在大氣中的移動(dòng)

當(dāng)塑料垃圾被碎解為微塑料顆粒后，它們可以通過不同的方式進(jìn)入大氣中。例如，當(dāng)塑料廢棄物堆積在開闊的場地、垃圾填埋場或露天垃圾場中，風(fēng)力就可以將其中較小的塑料顆粒揚(yáng)起，形成揚(yáng)塵。這些微塑料顆粒隨后也可以被風(fēng)帶到其他地方，最終沉降到地面或水體中。在洗衣的過程中，合成紡織品也會(huì)釋放出大量微小的纖維顆粒。這些纖維顆粒會(huì)隨著洗滌過程進(jìn)入下水道系統(tǒng)，最終通過污水處理廠進(jìn)入水體，或是通過衣物晾曬、干燥和室內(nèi)空氣流動(dòng)的形式進(jìn)入空氣中，成為室內(nèi)外環(huán)境中的微塑料污染來源。車輛在行駛過程中，輪胎通過與道路摩擦?xí)a(chǎn)生大量的微小顆粒物，稱為輪胎磨粒。這些顆粒物中含有大量的微塑料成分，會(huì)隨著道路交通排放物釋放到空氣中，再通過空氣流動(dòng)擴(kuò)散到周邊環(huán)境中。在建筑施工和拆除過程中，建筑材料中的微塑料顆粒在風(fēng)力和機(jī)械力作用下，也會(huì)被釋放到空氣中。

為了更好地弄清楚微塑料是如何進(jìn)入和穿過大氣層以及如何在空氣中循環(huán)，美國猶他州立大學(xué)學(xué)者詹妮斯·巴拉尼和其同事，在美國西部多個(gè)城市布置了監(jiān)測點(diǎn)，收集了14 個(gè)月內(nèi)的空氣顆粒沉降物的成分和質(zhì)量數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，他們發(fā)現(xiàn)美國西部地區(qū)的部分城市上空大氣中至少有1 000 噸微塑料。其中，道路交通是空氣中微塑料的最主要來源，其占比達(dá)到84%。詹妮斯解釋說，微塑料因質(zhì)量較輕，與灰塵一樣，需要借助于物理推力才能進(jìn)入大氣中，道路上行駛的車輛為微塑料顆粒進(jìn)入大氣提供了重要的機(jī)械能支持。除了道路交通之外，海洋塑料垃圾也是城市大氣中微塑料的重要來源，占比達(dá)11%?？諝庵形⑺芰系牡谌髞碓词寝r(nóng)業(yè)土壤灰塵，占比為5%，因?yàn)槊绹r(nóng)業(yè)使用了大量的機(jī)械、農(nóng)膜等，微塑料與土壤灰塵借助風(fēng)力作用一起進(jìn)入大氣。當(dāng)然，詹妮斯的研究團(tuán)隊(duì)分析的是美國城市空氣中的微塑料來源，這三種來源在不同國家、不同地區(qū)可能占比不太一樣。

另外，詹妮斯研究團(tuán)隊(duì)還利用已經(jīng)收集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立了計(jì)算機(jī)分析模型，試圖弄清楚這些微塑料顆粒是如何在大氣中傳輸，以及不同地區(qū)大氣中的微塑料含量差異。經(jīng)過分析，歐洲、美國、印度等地區(qū)大氣中的微塑料含量最高。詹妮斯認(rèn)為，大氣中微塑料如此普遍，最根本的原因就是大氣可以將微塑料輸送到世界各地，可以跨越大洲和海洋，輸送到偏遠(yuǎn)及人跡罕至之地。詹妮斯的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，微塑料顆粒可以在空氣中停留1 小時(shí)到6.5 天不等，這一上限對微塑料的跨境傳輸已經(jīng)足夠了。由此表明，南北極這種沒有直接塑料來源的地方，微塑料也會(huì)借助大氣流動(dòng)而到達(dá)。詹妮斯表示，沒有地方，也沒有人能夠避免空氣中微塑料帶來的污染，即便是發(fā)達(dá)國家和地區(qū)將塑料垃圾出口到其他發(fā)展中國家，但依然會(huì)通過空氣循環(huán)的方式返回。

一直以來，人們普遍認(rèn)為海洋是微塑料污染最為嚴(yán)重的地方。事實(shí)上，如今從近海到遠(yuǎn)洋，從赤道到兩極，從海洋表面到海底沉積物，甚至是偏遠(yuǎn)的陸地冰川，都能見到微塑料的身影。海洋、陸地等生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料，最終都會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體，也會(huì)通過生態(tài)循環(huán)進(jìn)入空氣中。如今，塑料垃圾在地球上越積越多，這些塑料垃圾需要很長時(shí)間才能碎解為微塑料顆粒，而人類又缺乏處理塑料垃圾的有效辦法，進(jìn)而使得這一污染問題變得更加嚴(yán)重，將來只會(huì)有越來越多的微塑料進(jìn)入大氣中。

微塑料對環(huán)境及氣候的可能影響

微塑料無處不在。人們在海洋、湖泊、河流、空氣中都發(fā)現(xiàn)了它們，在土壤、冰雪，在魚類、貝類及海洋哺乳動(dòng)物甚至是我們?nèi)梭w身上，也有它們的蹤跡。當(dāng)微塑料進(jìn)入水源之中，它們可以通過水流傳播到農(nóng)田等陸地環(huán)境。在土壤中，微塑料可以積聚并影響土壤質(zhì)量。微塑料的存在會(huì)使得土壤變得板結(jié)，減少其通氣性和滲水性，進(jìn)而影響植物根系發(fā)育和生長。當(dāng)微塑料積聚在植物表面時(shí)，對植物的生長和光合作用也會(huì)產(chǎn)生不利影響；當(dāng)微塑料進(jìn)入湖泊江河的底泥或沉積物時(shí)，它們能夠干擾底泥的生物活動(dòng)和化學(xué)過程，進(jìn)而影響水體生態(tài)系統(tǒng)平衡。

新西蘭坎特伯雷大學(xué)勞倫·維萊斯教授表示，他們研究了微塑料碎片和纖維這兩種大氣中常見的微塑料如何與光相互作用，并在全球氣候模擬模型中使用這些數(shù)據(jù)來計(jì)算空氣中微塑料對地球氣候的總體影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，目前空氣中微塑料對氣候變化的影響很小?，F(xiàn)狀雖然如此，但如果空氣中的微塑料在未來的含量進(jìn)一步增多，科學(xué)家們擔(dān)心它們可能會(huì)在更大程度上吸收、散射、發(fā)射入射的陽光和輻射。從理論上看，這可能會(huì)影響全球范圍內(nèi)的氣候，類似于灰塵、破壞臭氧層的氣溶膠或溫室氣體，進(jìn)而導(dǎo)致全球變暖或變冷。在目前的研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)低層大氣中的無色素微塑料傾向于散射紫外線和可見光輻射，這些被認(rèn)為對地表氣候會(huì)產(chǎn)生一定的降溫效應(yīng)。但是，如果這些顆粒能夠吸收紅外輻射，這被認(rèn)為對地表氣候會(huì)產(chǎn)生變暖效應(yīng)。更重要的是，微塑料能夠吸收地球大氣中其他顆粒幾乎無法吸收的波長紫外線。總體看，微塑料在大氣中的存在可能會(huì)加速溫室效應(yīng)。事實(shí)上，塑料是由化石燃料合成而成，塑料的生產(chǎn)本身就會(huì)加劇溫室效應(yīng)。

微塑料被外力帶入大氣并分布在我們周圍的空氣中，因?yàn)檫@些顆粒無處不在，體積小且質(zhì)量輕，很難被發(fā)現(xiàn)，也很難進(jìn)行精準(zhǔn)檢測。考慮到塑料及其制品生產(chǎn)量和使用量的增加，地球上塑料廢棄量并沒有減少，這就意味著我們需要盡快了解這些飄浮在我們周圍空氣中的微粒是如何影響氣候、環(huán)境及人體健康。畢竟，現(xiàn)在的小問題如果不加關(guān)注，到未來就會(huì)發(fā)展成為大問題。特別是考慮到垃圾填埋場和環(huán)境中堆積的塑料數(shù)量不斷增加，空氣中微塑料污染問題更應(yīng)該引起我們的關(guān)注。因?yàn)樗芰蠒?huì)隨著時(shí)間的增長和暴露在紫外線下而降解，進(jìn)而會(huì)分解成為微塑料，預(yù)計(jì)未來會(huì)長久存在于地球大氣之中。在沒有解決微塑料污染辦法的前提下，管理不善的微塑料垃圾未來會(huì)加劇對氣候的影響。

微塑料對人體健康的危害

微塑料的直徑不足5 毫米，這個(gè)尺寸與沙子相似（一般而言，中沙顆粒平均直徑0.25 ～0.5 毫米；細(xì)沙顆粒平均直徑為0.125 ～0.25 毫米）。而且與沙子相比，微塑料的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，幾百年都難以自行降解，其對人體的危害逐漸被科學(xué)家所認(rèn)知。首先，微塑料顆粒大小不等，大于5 毫米的顆粒通常無法進(jìn)入細(xì)胞或人體循環(huán)系統(tǒng)，一般滯留在腸道，引發(fā)腸炎。如果能進(jìn)入淋巴系統(tǒng)，直徑大于0.2 毫米的微塑料顆粒也會(huì)被脾臟系統(tǒng)排出體外。但也有研究表明，微塑料可能會(huì)改變肝臟集體的代謝模式，進(jìn)而引發(fā)肝炎。其次，如果微塑料顆粒能夠進(jìn)一步碎解，達(dá)到納米級別，其危害能夠就會(huì)得到大幅度提升。證據(jù)顯示，納米級別的微塑料顆粒會(huì)穿過血腦屏障進(jìn)入腦組織。血腦屏障是腦脊液和血漿之間的屏障，主要是由毛細(xì)血管壁和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞所組成，主要作用就是屏蔽有害的或是大分子物質(zhì)進(jìn)入大腦。但微塑料達(dá)到納米級別，血腦屏障就無法對其發(fā)生作用。再次，微塑料顆粒的數(shù)量越多，表面積就越大，其周圍極易富集細(xì)菌、重金屬和有毒物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)伴隨微塑料顆粒通過食物鏈進(jìn)入人體。

只不過，微塑料在人體內(nèi)達(dá)到多少量才會(huì)造成傷害，目前尚未有確切的臨床數(shù)據(jù)。毫無疑問，微塑料對人體的危害會(huì)通過飲水、飲食等進(jìn)入食物鏈，最終進(jìn)入人體。目前，在人類糞便、胎盤中均檢測出微塑料。同時(shí)，還有一種情況會(huì)加劇人類對于微塑料危害的擔(dān)憂，即微塑料與其他有毒物質(zhì)的結(jié)合，會(huì)產(chǎn)生更大的毒性。美國研究人員在2022 年4 月出版的《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)快報(bào)》上發(fā)表的研究顯示，當(dāng)微塑料與其他化學(xué)物質(zhì)相互依附，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致這些化學(xué)物質(zhì)的毒性變大。例如，當(dāng)鉻附著在微塑料上，防曬霜等產(chǎn)品中使用的紫外線過濾劑會(huì)使得鉻更具毒性，對人體健康危害更大；如果土壤中含有鉻，微塑料沉降到土壤之中，生產(chǎn)出來的糧食毒性也會(huì)變大，同時(shí)對動(dòng)植物也會(huì)造成極大危害。此前的研究表明，重金屬較為容易附著在微塑料上，這種結(jié)合不僅危害水生生物安全，最終可能會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體。除此之外，微塑料還和附著在它們上面的物質(zhì)相互作用，進(jìn)而改變其化學(xué)性質(zhì)。例如，鉻在微塑料表面會(huì)呈現(xiàn)出不同的氧化狀態(tài)。研究人員試圖弄清鉻與微塑料結(jié)合時(shí)，其氧化狀態(tài)是如何改變的，以及這種常見的有機(jī)污染物和紫外線過濾分子是如何影響其氧化狀態(tài)的。美國的研究人員創(chuàng)造了鉻與聚苯乙烯微塑料顆粒的混合物，在有紫外線過濾器的情況下，微塑料能夠聚集更多的鉻。同時(shí)，在含有過濾器的混合物中，鉻的氧化狀態(tài)較高。研究小組測試了這種增加的氧化狀態(tài)是否能轉(zhuǎn)化為微藻種群的環(huán)境毒性。當(dāng)暴露在含有過濾分子的混合物中，微藻的生長受到抑制，由此表明，鉻附著在微塑料上并通過紫外線過濾機(jī)的作用會(huì)產(chǎn)生更大毒性。

研究人員認(rèn)為，微塑料可以幫助污染物提升毒性，轉(zhuǎn)化為更大的有害形式。當(dāng)然，微塑料對于人體健康的危害還需要更多的實(shí)證研究和數(shù)據(jù)來支持。

“塑戰(zhàn)”無法速?zèng)Q

人類研究微塑料至今也不過十幾年，當(dāng)發(fā)現(xiàn)微塑料的危害后，各國已經(jīng)開始行動(dòng)起來。美國是對此反應(yīng)較快的國家之一。2014 年，美國就禁止在化妝品中添加微塑料作為發(fā)泡劑。2015 年，美國國會(huì)通過了《零微塑料水法案》，加大飲用水中的微塑料檢測，減少飲用水、飲料等塑料包裝物使用。英國政府從2015 年1月1 日開征塑料袋稅，減少人們?nèi)粘Ｉ顚τ谒芰现破返囊蕾嚒?018 年在中國禁止進(jìn)口洋垃圾的政策壓力下，歐盟也開始開征塑料使用稅。

對于我國而言，因微塑料研究時(shí)間較短，禁止進(jìn)口塑料垃圾的時(shí)間也不長，針對性的政策尚未出臺(tái)?？陀^而言，我國在塑料垃圾和微塑料處理等方面還存在一些問題：塑料管理的立法不足，特別是針對微塑料領(lǐng)域的立法尚未出臺(tái)。此前，原環(huán)保部將“添加塑料微珠的化妝品和清潔品”“塑料微珠添加劑”等列入“高污染、高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”的產(chǎn)品名錄中，但市場上并未禁止含有微塑料的化妝品和清潔品流通；部分針對塑料限制使用的政策執(zhí)行也不夠理想，如2001 年禁止使用發(fā)泡塑料餐盒后，不少地方至今還在使用，2007 年出臺(tái)的超市“限塑令”，最終使得付費(fèi)塑料袋成為超市牟利的工具；塑料回收體系不夠健全，回收成本高，缺乏系統(tǒng)的財(cái)稅支持政策；塑料生產(chǎn)企業(yè)多，但未能有效承擔(dān)生產(chǎn)者回收責(zé)任，即便是能夠回收，通常也是焚燒或填埋了事，無法做到真正的回收；可降解的塑料生產(chǎn)缺乏規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，且成本較高。

事實(shí)上，世界各國面對微塑料問題，都顯得力不從心。盡管也有的研究都表明微塑料存在不少潛在的危害，但迄今為止并沒有微塑料直接進(jìn)入人體引發(fā)相關(guān)疾病的臨床報(bào)告，也沒有任何防止微塑料危害的方案和治療辦法。但不管怎么說，微塑料在空氣中的流動(dòng)，沉降到水體或土壤，與重金屬和農(nóng)藥的混合，對于生態(tài)系統(tǒng)、人體健康、氣候環(huán)境而言都是定時(shí)炸彈。

塑料自從誕生以來，就改變了人們的生活，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一部分。因此，接下來的幾十年甚至上百年，廢棄的各種塑料制品依然會(huì)源源不斷碎解為微塑料，在空氣、水體、土壤中流動(dòng)和沉降，最終會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體。當(dāng)然，人類也不能坐以待斃。減少塑料制品的使用應(yīng)當(dāng)作為當(dāng)下的主要解決方案。政府應(yīng)鼓勵(lì)消費(fèi)者使用可降解的替代品，以減少對塑料的依賴。同時(shí)，政府部門還應(yīng)該加大公共財(cái)政投資力度，建立和完善塑料廢棄物回收和處理體系建設(shè)，并加強(qiáng)監(jiān)管和執(zhí)法力度。對于企業(yè)而言，也可以采取一些行動(dòng)，如衣物制造企業(yè)可以改進(jìn)纖維材料，使用過濾器和洗滌劑，減少纖維的釋放。對于消費(fèi)者而言，要不斷提高認(rèn)知，自覺進(jìn)行垃圾分類，正確處理廢棄塑料及其制品，選擇更為環(huán)保的替代品。

科學(xué)家正在研究塑料降解的辦法，如使用霉菌、黃粉蟲參與塑料降解。但這些技術(shù)和方案要真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，尚需時(shí)日。當(dāng)下我們能做的就是，做好垃圾分類，減少塑料制品使用，從源頭上減少塑料的使用。