Z moří až do vesmíru: Co prozradí barva vod o obsahu mikroplastů?

Co mají společného mikroplasty, barva vody a satelity? Doktor Karl Kaiser, profesor mořské a pobřežní environmentální vědy na College of Marine Sciences and Maritime Studies na Texas A&M University v Galvestonu, zkoumá inovativní metodu, při které využívá satelity k odhalování mikroplastů v oceánech. Jak se to dělá? Studiem toho, jak drobné plastové částice mění odraz světla od vodní hladiny – a tím i barvu, kterou vidíme z vesmíru. Pokud se metoda osvědčí, vědci získají silný nástroj pro globální sledování plastového znečištění, aniž by bylo potřeba cestovat do odlehlých lokalit a sbírat vzorky ze špatně přístupných míst.

„Mikroplasty mají velikost srovnatelnou s bakteriemi nebo červenými krvinkami. Chovají se úplně jinak než větší kusy plastu,“ uvedl Karl Kaiser s tím, že právě jejich velikost je činí extrémně těžkými na filtrování a měření, zvlášť v dynamickém oceánském prostředí.

Tým vědců zkoumá vody v Galveston Bay v USA, který má v celých státech nejvyšší koncentraci mikroplastů. Je tam totiž jedna z největších výrobních továren plastů v zemi, a dopad výroby je vidět i na vodě.

Vědci tak zkoumají, jak větší množství sedimentů na hladině souvisí s vyšší koncentrací mikroplastů. Tyto suspendované sedimenty totiž ovlivňují, jaké světlo se odráží od hladiny, což měří spektroskopií. Spektroskopie kvantitativně analyzuje interakci hmoty se světlem. Podle toho, které vlnové délky se pohltí nebo odrážejí, lze na velkém měřítku určit složení suspendovaných částic ve vodě.

„Optické vlastnosti vody na hladině závisí na tom, co v ní plave. To určuje, kolik slunečního světla se odráží, a přesně to satelity zachytí,“ vysvětluje. Odrážené světlo tak ukazuje složení vody.

Satelity však zachytí pouze určité vlnové délky světla odrážené od vodní hladiny (tzv. "ocean color data"). Mikroplasty samy nejsou přímo vidět, ale mění optické vlastnosti vody nepřímo, tedy ovlivňují, které barvy světla se pohltí nebo odrážejí. Vědci proto vyvinuli speciální algoritmus, který na základě těchto dat doplní chybějící dílky.

„Algoritmus, který spojí data o barvě oceánu se skutečným obsahem vody – nebo konkrétní složkou – je třeba nejdřív kalibrovat. Musíte změřit příchozí a odchozí světlo a současně koncentraci sedimentů. To je základní spojnice,“ vysvětlil Kaiser. Je přesvědčen, že kde oceánské proudy nesou sedimenty, táhnou s sebou i mikroplasty. Po důkladných testech tak podle něj bude možné odhadovat koncentraci plastů nepřímo z vlastností hladiny zachycených satelity. „Nástroje na identifikaci suspendovaných sedimentů z dat satelitů už existují. Jen se na to zatím nepoužily,“ dodal.

Schopnost měřit mikroplasty satelity by okamžitě otevřela archivy cenných dat ze starých satelitních snímků, včetně migrace plastů na stovkách fotografií z uplynulých deset let.

Podle vědců by se tak dalo pomyslně vrátit v čase a rychle zjistit spoustu informací o úrovni znečištění. Mikroplasty to ale nekončí. Pokud se metoda osvědčí, půjde jen o začátek. Stejným způsobem by totiž šlo měřit také další kontaminanty, jako třeba věčné chemikálie, PFAS i PCB.

Další výzkumy

Že barva vod prozradí mnohé o kontaminantech, není pro vědce novinkou. Například Výzkum Gili Kurtserové z Institute of Earth Sciences na Hebrejské univerzitě v Jeruzalémě představil loni průlomový přístup k satelitní detekci mikroplastů v oceánech prostřednictvím analýzy unikátních spektrálních signatur běžných plastů, jako je polyetylen (PE) nebo polystyren (PS). Tyto signatury fungují jako chemický otisk prstu, kdy každý polymer reaguje specifickým způsobem na světlo různých vlnových délek. Některé vlnové délky pohltí, jiné zas odrazí, což vytváří charakteristický graf intenzity odrazu. Kurtserová se svým týmem analyzovala panenské i zvětralé plasty ponořené ve vodě simulující reálné mořské podmínky, a prokázala, že i malé mikroplasty (<5 mm) mění optické vlastnosti vody rozpoznatelně z vesmíru. Její metoda překonává limity předchozích studií, protože zohledňuje vliv působení mořských řas, zvětrávání i hloubky ponoření.

Dále je zajímavé zmínit CYGNSS (Cyclone Global Navigation Satellite System), což je konstelace osmi mikrosatelitů NASA spuštěných v prosinci 2016, původně navržená k přesnému měření rychlosti větru v jádru tropických cyklónů. Vedoucí výzkumu Chris Ruf z University of Michigan sice systém vytvořil pro hurikány, ale v letech 2021–2023 objevil jeho unikátní schopnost detekovat mikroplasty nepřímo prostřednictvím změn hladiny oceánu.

Princip spočívá v bistatickém radaru, kdy satelity vysílají signály GPS a měří, jak vítr působí na vlny. Vědci vypozorovali, že mikroplasty (<5 mm) a surfaktanty (mastnoty) mají uhlazovací efekt, tedy snižují amplitudu vln tím, že působí jako tenký olejový film, který mění kohezi vody. Pokud je hladina hladší, než by se dalo čekat při dané rychlosti větru, algoritmus označí oblast za vysokorizikovou pro mikroplasty. Tato metoda generuje denně globální mapy s rozlišením ~9 km, což je nesrovnatelně více dat než tradiční ruční odběry vzorků za 20 let.

-red-