คณะนักวิจัยภายใต้การประสานงานของศูนย์วิจัยด้านสิ่งแวดล้อมเฮลม์โฮลตซ์ (UFZ) ของเยอรมนี ได้ตีพิมพ์บทความในวารสาร Scientific Reports พบการปนเปื้อนของนาโนพลาสติกในธารน้ำแข็งที่ระดับความสูงมากกว่า 3,000 เมตรในเทือกเขาแอลป์
พบการปนเปื้อนของนาโนพลาสติกในธารน้ำแข็งที่ระดับความสูงมากกว่า 3,000 เมตรในเทือกเขาแอลป์ | ที่มาภาพ: Citizen Science GAPS 2024
ศูนย์วิจัยด้านสิ่งแวดล้อมเฮลม์โฮลตซ์ (Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ) หนึ่งในสถาบันวิจัยชั้นนำของเยอรมนีที่มุ่งเน้นการวิจัยด้านสิ่งแวดล้อมและการพัฒนาอย่างยั่งยืน ได้เผยแพร่ผลการวิจัยในวารสาร Scientific Reports เกี่ยวกับการปนเปื้อนของนาโนพลาสติกบนธารน้ำแข็งในเทือกเขาแอลป์ที่ระดับความสูงกว่า 3,000 เมตร นาโนพลาสติกเป็นอนุภาคพลาสติกขนาดจิ๋วที่มีขนาดเล็กกว่า 1 ไมโครเมตร และด้วยน้ำหนักที่เบามาก ทำให้สามารถแพร่กระจายไปได้ไกลในสิ่งแวดล้อม การศึกษานี้ได้รับความร่วมมือจากนักปีนเขาอาสาสมัครในการเก็บตัวอย่างจากธารน้ำแข็ง
ไมโครพลาสติกและนาโนพลาสติกคืออะไร?
ไมโครพลาสติก (Microplastics) และนาโนพลาสติก (Nanoplastics) เป็นชิ้นส่วนพลาสติกขนาดเล็กมากที่อาจมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ซึ่งสามารถปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม โดยไม่ได้หมายถึงพลาสติกประเภทใดประเภทหนึ่งเป็นการเฉพาะ แต่หมายถึงเศษพลาสติกใดๆ ที่มีขนาดตามเกณฑ์ที่กำหนด ซึ่ง EFSA 2016 (European Food Safety Authority) ได้ให้คำนิยามของไมโครพลาสติกและนาโนพลาสติก ไว้ว่าไมโครพลาสติกคืออนุภาคที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ระหว่าง 100 nm ถึง 5 mm และนาโนพลาสติก คืออนุภาคที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ระหว่าง น้อยกว่า 100 nm
ไมโครพลาสติกและนาโนพลาสติกสามารถเกิดจาก 2 แหล่งกำเนิด คือ
1. Primary source คือ ไมโครพลาสติก และนาโนพลาสติก ที่เกิดจากการผลิตไมโคร-และนาโนพลาสติกโดยตรงจากโรงงานตามวัตถุประสงค์ของการใช้งาน เช่น พวกไมโครบีดส์ในโฟมล้างหน้า, เครื่องสำอาง, สครับขัดผิว หรือยาสีฟัน เป็นต้น
2. Secondary source คือ ไมโครพลาสติก และนาโนพลาสติกที่เกิดจากพลาสติกขนาดใหญ่แตกหักหรือผุกร่อนจากคลื่นแสงอาทิตย์หรือแรงบีบอัด จนกลายเป็นชิ้นเล็กๆ
นาโนพลาสติกมีที่มาหลักจากการแตกตัวของพลาสติกขนาดใหญ่และไมโครพลาสติกในสิ่งแวดล้อม โดยผ่านกระบวนการย่อยสลายหลายรูปแบบ ทั้งจากเอนไซม์ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน การสลายตัวด้วยน้ำ และการขัดสีทางกายภาพ แม้ว่าการปนเปื้อนของพลาสติกขนาดใหญ่และไมโครพลาสติกจะได้รับความสนใจศึกษาอย่างกว้างขวาง แต่ความรู้เกี่ยวกับนาโนพลาสติกยังมีจำกัด ทั้งที่อาจส่งผลกระทบต่อสุขภาพมนุษย์มากกว่า
ดูซาน มาเทริค (Dušan Materic) หัวหน้าโครงการวิจัยและนักเคมีจาก UFZ อธิบายว่านาโนพลาสติกน่าวิตกเป็นพิเศษ เพราะด้วยขนาดที่เล็กมาก ทำให้ระบบกรองทั่วไปไม่สามารถดักจับได้ มนุษย์จึงสูดดมเข้าสู่ร่างกายได้ง่าย และสามารถแทรกซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าสู่กระแสเลือดได้โดยตรง
ด้วยคุณสมบัติน้ำหนักเบา อนุภาคนาโนสามารถล่องลอยในอากาศและเดินทางไปได้ไกลผ่านชั้นบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม การศึกษาในระดับโลกเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคเหล่านี้ไปยังพื้นที่ห่างไกลจากแหล่งอุตสาหกรรมและเขตเมืองยังมีไม่มากนัก ด้วยเหตุนี้ มาเทริคและคณะจึงได้ทำการวิจัยเพื่อศึกษาระดับการปนเปื้อนและแหล่งที่มาของนาโนพลาสติกในธารน้ำแข็งแถบเทือกเขาแอลป์
เลโอนี เจิร์คชาท (Leonie Jurkschat) ผู้เขียนหลักของงานวิจัย เล่าถึงความท้าทายในการเก็บตัวอย่างที่ระดับความสูงกว่า 3,000 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล ว่านักวิจัยต้องเผชิญกับความยากลำบากและอันตราย นอกจากต้องมีเวลาสำหรับการเดินทางไกลและความรู้เกี่ยวกับพื้นที่แล้ว สิ่งสำคัญที่สุดคือต้องมีร่างกายที่แข็งแรงพอที่จะใช้เวลาหลายวันบนธารน้ำแข็งพร้อมกับแบกกระเป๋าเป้ที่มีน้ำหนักมาก
ความท้าทายในการเก็บตัวอย่างบนธารน้ำแข็ง
นักปีนเขาเก็บตัวอย่างจากธารน้ำแข็ง | ที่มาภาพ: Zoe Salt/UFZ
การศึกษาครั้งนี้เกิดจากความร่วมมือระหว่างนักวิทยาศาสตร์และทีมนักปีนเขา โดยดำเนินการตามเส้นทางประวัติศาสตร์ Alpine Trail High Level Route ซึ่งเชื่อมระหว่างเมืองชาโมนิกซ์ (Chamonix) ในฝรั่งเศส ไปยังเซอร์แมท (Zermatt) ในสวิตเซอร์แลนด์ ทีมวิจัยได้เก็บตัวอย่างหิมะและน้ำแข็งจากธารน้ำแข็งใน 14 พื้นที่ครอบคลุมสามประเทศ ได้แก่ ฝรั่งเศส อิตาลี และสวิตเซอร์แลนด์ โดยเลือกจุดที่ห่างจากเส้นทางเดินป่าของนักท่องเที่ยว จากนั้นจึงส่งตัวอย่างไปวิเคราะห์ที่ UFZ
มาเทริค อธิบายว่า ทีมนักปีนเขาได้เก็บตัวอย่างจากชั้นบนสุดของธารน้ำแข็งเพื่อศึกษาการปนเปื้อนของนาโนพลาสติกในช่วงเวลาล่าสุด การป้องกันการปนเปื้อนได้รับการใส่ใจเป็นพิเศษ โดยนักวิจัยจาก UFZ ได้จัดการฝึกอบรมผ่านระบบออนไลน์อย่างละเอียด กำหนดให้นักปีนเขาต้องใช้เสื้อผ้าและอุปกรณ์ใหม่ทั้งหมด ผู้เก็บตัวอย่างต้องเป็นคนแรกที่ใช้เชือก และต้องดำเนินการเก็บตัวอย่างให้รวดเร็วที่สุด
ในการวิเคราะห์ที่ UFZ นักวิจัยใช้เทคโนโลยีขั้นสูงคือเครื่องแมสสเปกโตรมิเตอร์แบบโปรตอนทรานสเฟอร์รีแอคชันความละเอียดสูง (PTR-MS) ร่วมกับการดูดซับทางความร้อน (TD) เพื่อวัดความเข้มข้นของก๊าซอินทรีย์ปริมาณน้อย ระบบนี้จะเผาพลาสติกในตัวอย่างและวัดปริมาณก๊าซที่ปล่อยออกมา เนื่องจากพอลิเมอร์แต่ละชนิดปล่อยก๊าซที่มีลักษณะเฉพาะตัว จึงสามารถระบุทั้งชนิดและความเข้มข้นได้
ผลการวิเคราะห์พบว่ามีการปนเปื้อนของนาโนพลาสติก 5 จาก 14 พื้นที่ โดยพบการสึกหรอของยางรถยนต์ พอลิเอทิลีน (PE) และพอลิสไตรีน (PS) เป็นหลัก ในขณะที่พบพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) ในปริมาณที่น้อยกว่ามาก มาเทริคอธิบายว่าการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอนี้เกิดจากอิทธิพลของลม โดยในพื้นที่ที่มีลมแรง อนุภาคนาโนจะถูกพัดพาไปสะสมในบริเวณที่มีที่กำบังลมมากกว่า โดยในพื้นที่ที่พบการปนเปื้อน มีความเข้มข้นของนาโนพลาสติกอยู่ระหว่าง 2-80 นาโนกรัมต่อมิลลิลิตรของหิมะที่ละลาย
การวิเคราะห์แหล่งที่มาของนาโนพลาสติก
เพื่อค้นหาแหล่งที่มาของนาโนพลาสติกที่ตรวจพบ ทีมวิจัย UFZ ได้ร่วมมือกับนักวิจัยจากสถาบัน NILU ประเทศนอร์เวย์ โดยใช้แบบจำลองการกระจายตัวของอนุภาค "Flexpart" ในการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของอนุภาคในชั้นบรรยากาศ แบบจำลองนี้คำนึงถึงปัจจัยสำคัญหลายประการ ทั้งทิศทางลม อุณหภูมิ การปกคลุมของเมฆ และความกดอากาศ ทำให้สามารถระบุแหล่งกำเนิดที่เป็นไปได้มากที่สุดของนาโนพลาสติกที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน ทั้งในด้านขนาด ความหนาแน่น และน้ำหนัก โดยอ้างอิงจากจุดที่พบการปนเปื้อนบนธารน้ำแข็ง
มาเทริค อธิบายว่า ในการจำลองสถานการณ์ พวกเขาได้ติดตามเส้นทางย้อนกลับของอนุภาคนาโนไปยังแหล่งกำเนิด ผลการศึกษาพบว่านาโนพลาสติกส่วนใหญ่ถูกพัดพามาจากทิศตะวันตกก่อนตกตะกอนบนธารน้ำแข็งในเทือกเขาแอลป์ โดยในพื้นที่ที่พบการปนเปื้อน มากกว่าร้อยละ 50 ของอนุภาคมีต้นกำเนิดจากมหาสมุทรแอตแลนติก ซึ่งเกิดจากการที่พลาสติกขนาดใหญ่และไมโครพลาสติกในทะเลแตกตัวเป็นอนุภาคนาโน จากนั้นถูกคลื่นและฟองอากาศพัดพาขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ สำหรับแหล่งกำเนิดบนพื้นดิน พบว่าอนุภาคส่วนใหญ่มาจากประเทศฝรั่งเศส (มากกว่าร้อยละ 10) รองลงมาคือสเปนและสวิตเซอร์แลนด์
การศึกษานี้นำไปสู่การขยายขอบเขตการวิจัยในวงกว้าง โดยมาเทริค ได้รับแต่งตั้งเป็นผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ของโครงการ Citizen Science GAPS 2024 https://gaps2024.com/ ซึ่งมีเป้าหมายในการเก็บตัวอย่างจากธารน้ำแข็งทั่วโลกโดยทีมนักปีนเขา เพื่อนำมาวิเคราะห์ที่ห้องปฏิบัติการ UFZ ปัจจุบัน ตัวอย่างจากหลายภูมิภาค เช่น แอนตาร์กติกา นิวซีแลนด์ และเทือกเขาหิมาลัย ได้ถูกจัดส่งมาถึงและอยู่ระหว่างรอการวิเคราะห์
