Floating macro and micro-litter in the marine environment

Abstract

[eng] The increasing global production and use of plastic materials has led to the accumulation of enormous amounts of plastic debris in the world’s oceans. Characteristics such as low density, good mechanical properties and low cost, allow for successful use of plastics in industries and everyday life. However, the high durability leads to the persistence of synthetic polymers in the marine environment where they can cause harm to a great variety of organisms. Scientific interest on plastic pollution has been rapidly growing in recent years, and much progress has been made since the first reports were published half-a-century ago. Many open questions however, still remain to be addressed and we are still considerably far from having a complete understanding of the main processes involved with the full cycling of plastics in natural ecosystems. This thesis is structured as a compendium of five research articles and represents my contribution to the on-going global effort of filling knowledge gaps and gaining a better understanding on what is the real extent and what are the main consequences of this emerging environmental threat. After a general introduction, the first two articles (Chapters 2 and 3) provide a qualiquantitative description of the abundance, distribution and composition of macro and microplastics in the surface waters of the Mediterranean Sea and of the Southern Ocean around Antarctica. Similarly, the fourth chapter deals with a specific sub-category of anthropogenic pollutants: textile microfibers, providing a global characterization of their occurrence and composition in oceanic waters worldwide. These baseline observations, help us to better understand the magnitude of the problem, and they are instrumental to the global quest for effective solutions and mitigation options. The lack of standardization in sampling methods and protocols however, is still hampering meaningful comparisons between different studies and survey locations. So, in the fifth chapter a comparison between microfibers sampling methods and protocols is presented, with the aim of improving the overall quality and reliability of global synthetic efforts among research teams. Lastly, since the ultimate goal of applied research should be to provide feasible and realistic solutions to the environmental challenges we are facing, the sixth chapter of this thesis focuses on providing policy options for the mitigation of intentional spillages at sea of a particular class of synthetic contaminants: paraffin waxes. Because “nothing in life is to be feared, it is only to be understood. And now is the time to understand more, so that we may fear less.” – Marie Curie.

[cat] L’augment de la producció i l’ús global de materials plàstics ha provocat l’acumulació d’enormes quantitats de deixalles plàstiques als oceans del món. Característiques com la baixa densitat, les bones propietats mecàniques i el baix cost permeten l’ús reeixit dels plàstics a la indústria i a la vida quotidiana. No obstant això, l’elevada durabilitat condueix a la persistència de polímers sintètics al medi marí on poden causar danys a una gran varietat d’organismes. L’interès científic sobre la contaminació per plàstics ha crescut ràpidament en els darrers anys i s’ha avançat molt des que es van publicar els primers informes fa mig segle. Tot i això, encara queden moltes qüestions obertes per resoldre i encara estem considerablement lluny de tenir una comprensió completa dels principals processos relacionats amb el cicle complet dels plàstics en els ecosistemes naturals. Aquesta tesi s’estructura com un compendi de cinc articles de recerca i representa la meva contribució a l’esforç mundial en curs per omplir les mancances de coneixement i obtenir una millor comprensió de quina és l’abast real i quines són les principals conseqüències d’aquesta amenaça ambiental emergent. Després d’una introducció general, els dos primers articles (capítols 2 i 3) ofereixen una descripció quali-quantitativa de l’abundància, distribució i composició de macro i microplàstics a les aigües superficials del mar Mediterrani i de l’oceà sud al voltant de l’Antàrtida. De la mateixa manera, el quart capítol tracta una subcategoria específica de contaminants antròpics: les microfibres tèxtils, que proporcionen una caracterització global de la seva aparició i composició en aigües oceàniques a tot el món. Aquestes observacions de base ens ajuden a entendre millor la magnitud del problema i són fonamentals per a la recerca global de solucions eficaços i opcions de mitigació. Tanmateix, la manca d'estandardització en els mètodes i protocols de mostreig encara dificulta les comparacions significatives entre diferents estudis i ubicacions de l'enquesta. Així doncs, al cinquè capítol es presenta una comparació entre els mètodes i protocols de mostreig de microfibres, amb l’objectiu de millorar la qualitat global i la fiabilitat dels esforços sintètics mundials entre els equips de recerca. Finalment, atès que l’objectiu final de la investigació aplicada hauria de ser proporcionar solucions factibles i realistes als reptes ambientals als quals ens enfrontem, el sisè capítol d’aquesta tesi se centra a proporcionar opcions polítiques per mitigar els vessaments intencionats al mar d’una classe particular de productes sintètics. contaminants: ceres de parafina. Com que “no es pot témer res a la vida, només s’ha d’entendre. I ara és el moment d’entendre més, perquè puguem témer menys ”. - Marie Curie.

[spa] La creciente producción y uso global de materiales plásticos ha llevado a la acumulación de enormes cantidades de desechos plásticos en los océanos del mundo. Características como baja densidad, buenas propiedades mecánicas y bajo costo, permiten el uso exitoso de plásticos en las industrias y en la vida cotidiana. Sin embargo, la alta durabilidad conduce a la persistencia de polímeros sintéticos en el medio marino donde pueden causar daño a una gran variedad de organismos. El interés científico sobre la contaminación plástica ha crecido rápidamente en los últimos años y se ha avanzado mucho desde que se publicaron los primeros informes hace medio siglo. Sin embargo, aún quedan muchas preguntas abiertas por abordar y todavía estamos considerablemente lejos de tener una comprensión completa de los principales procesos involucrados con el ciclo completo de los plásticos en los ecosistemas naturales. Esta tesis está estructurada como un compendio de cinco artículos de investigación y representa mi contribución al esfuerzo global en curso para llenar las brechas de conocimiento y obtener una mejor comprensión sobre cuál es el alcance real y cuáles son las principales consecuencias de esta amenaza ambiental emergente. Tras una introducción general, los dos primeros artículos (Capítulos 2 y 3) proporcionan una descripción cuali-cuantitativa de la abundancia, distribución y composición de macro y microplásticos en las aguas superficiales del Mar Mediterráneo y del Océano Austral alrededor de la Antártida. Asimismo, el cuarto capítulo trata de una subcategoría específica de contaminantes antropogénicos: las microfibras textiles, proporcionando una caracterización global de su presencia y composición en aguas oceánicas en todo el mundo. Estas observaciones de referencia nos ayudan a comprender mejor la magnitud del problema y son fundamentales para la búsqueda global de soluciones eficaces y opciones de mitigación. Sin embargo, la falta de estandarización en los métodos y protocolos de muestreo sigue obstaculizando las comparaciones significativas entre diferentes estudios y ubicaciones de encuestas. De este modo, en el quinto capítulo se presenta una comparación entre los métodos y protocolos de muestreo de microfibras, con el objetivo de mejorar la calidad y fiabilidad general de los esfuerzos sintéticos globales entre los equipos de investigación. Por último, dado que el objetivo final de la investigación aplicada debe ser brindar soluciones factibles y realistas a los desafíos ambientales que nos enfrentamos, el sexto capítulo de esta tesis se centra en brindar opciones de políticas para la mitigación de los derrames intencionales en el mar de una clase particular de sintéticos. contaminantes: ceras de parafina. Porque “nada en la vida es de temer, solo hay que entenderlo. Y ahora es el momento de comprender más, de modo que podamos temer menos ". - Marie Curie.