Study of microplastics role in seawater based on collected samples across the oceans during the Barcelona World Race 2015

Abstract

Els microplàstics s’han convertit en un gran problema mediambiental. La sobreproducció i l’ús excessiu del plàstic ha dificultat el seu correcte tractament y això provoca que sigui el sector amb un major creixement en la generació de residus. Els residus plàstics, a través de diversos processos es degraden i es trenquen en partícules mes petites donant lloc als microplàstics. També es poden trobar un altre tipus de microplàstics, aquells originats i fabricats d’aquesta mida de forma intencionada. Tot i que s’han publicat diversos articles científics demostrant la presencia de microplàstics a zones mol localitzades, cap d’ells mostra una visió global sobre aquest problema mediambiental. En aquesta tesis presentem el desenvolupament d’una nova metodologia de mostreig de microplàstics a més de la retenció d’altres contaminants orgànics suspesos en l’aigua de mar. Per això, hem col·laborat amb la Fundació de Navegació Oceànica de Barcelona (FNOB), entitat organitzadora de la Barcelona World Race (BWR) y amb el grup Sailing Technologies. A través d’aquesta col·laboració, hem desenvolupat un dispositiu de mostreig instal·lat en un dels vaixells participants en la BWR 2015 que es capaç de col·lectar microplàstics i contaminants orgànics en aigua superficials en varies localitzacions del mon passant per quatre oceans (Mar Mediterrani i Oceans Atlàntic, Pacífic e Índic). Hem realitzat la caracterització dels microplàstics mostrejats durant la BWR 2015. L’anàlisi de la seva morfologia, composició i distribució ens ha permès conèixer el nivell de contaminació i l’impacte de tenir aquest tipus de micropartícules en els oceans. També hem demostrat el efecte concentrador dels microplàstics. Hem desenvolupat un mètode analític reproduïble per l’extracció i quantificació de varies famílies de contaminants orgànics de diferents tipus de micropartícules polimèriques. Per últim, es desenvolupa una metodologia per l’elució dels cartutxos SPE utilitzats durant la BWR 2015. A més, s’ha realitzat un anàlisis PCA i s’han agrupat les mostres en funció de diferents paràmetres com les corrents, la localització o la seva posició respecte l’equador. En conclusió, aquesta tesis proporciona informació sobre l’estat global dels oceans en relació als microplàstics i les seves conseqüències. L’estudi del efecte dels microplàstics en els oceans de forma global ajuda a comprendre la situació mediambiental actual.

Los microplasticos se han convertido en un gran problema medioambiental. La sobreproducción y el uso excesivo del plástico ha dificultado mucho su tratamiento y esto provoca que sea el sector con un mayor crecimiento en la generación de residuos. Los desechos plásticos, a través de varios procesos se degradan o rompen en partículas más pequeñas dando lugar a los microplasticos. También se pueden encontrar otro tipo de microplasticos, esos originados y fabricados en ese tamaño de forma intencionada. Aunque ya se han publicado varios artículos científicos demostrando la presencia de microplasticos en zonas localizadas, ninguno de ellos muestra una visión global acerca de este problema medioambiental. En esta tesis presentamos el desarrollo de una nueva metodología de muestreo de microplásticos además de la retención de otros contaminantes orgánicos suspendidos en agua de mar. Para ello, hemos colaborado con la Fundación de Navegación Oceánica de Barcelona (FNOB), entidad organizadora de la Barcelona World Race (BWR) y con el Grupo Sailing Technologies. A través de esta colaboración, hemos desarrollado un nuevo dispositivo de muestreo instalado en uno de los barcos participantes en la BWR 2015 que es capaz de colectar microplasticos y contaminantes orgánicos de agua superficial en varias localizaciones del mundo pasando por cuatro océanos (Mar Mediterráneo y Océanos Atlántico, Pacífico y Índico). Hemos realizado la caracterización de los microplasticos muestreados durante la BWR 2015. El análisis de su morfología, composición y distribución nos ha permitido conocer el nivel de contaminación y el impacto de tener este tipo de micropartículas en los océanos. También hemos demostrado el efecto concentrador que poseen los microplasticos. Hemos desarrollado un método analítico reproducible para la extracción y cuantificación de varias familias de contaminantes orgánicos de distintos tipos de micropartículas poliméricas. Por último, se desarrolla una metodología para la elución de los cartuchos SPE usados en la BWR 2015. Además, se ha realizado un análisis PCA y se han agrupado las muestras en función de varios parámetros como las corrientes, la localización o su posición respecto al ecuador. En conclusión, esta tesis proporciona información sobre el estado global de los océanos en relación con los microplasticos y sus consecuencias. El estudio del efecto de los microplasticos en los océanos de forma global es de ayuda para comprender la situación medioambiental actual.

Microplastics have become a huge environmental concern in recent years. The overproduction and excessive use of plastic have made difficult a proper manage and that is why it has become the fastest growing segment of the waste stream. Plastic debris, through several physical, chemical and biological processes can degrade or breakdown resulting in microplastics. In addition to these it can also find other type of microplastics which are those originally and intentionally manufactured in that size. Although several research studies have been published demonstrating the presence of microplastics in localised coastal regions, any of them show a global scenario about this environmental concern. Here we present the development of a new methodology for microplastics sampling and retention of pollutants present in seawater. In this sense, we have collaborated with the Barcelona World Race (BWR) organization and the “Fundació de Navegació Oceànica de Barcelona” (FNOB). Throughout this collaboration, we have developed a device, named COA device, installed in a racing boat of the BWR 2015 which collects microplastics and pollutants on superficial seawater from the different locations of the world going through four oceans (Mediterranean Sea and Atlantic, Pacific and Indian Oceans). Furthermore, we performed the characterization of the microparticles collected during the BWR 2015. The analysis, based on microscopic techniques, of their morphology, composition and distribution has allowed us to know better the level of pollution of the marine environment and which is the global impact of having that particles in the oceans. In addition to that, we demonstrate the microplastics concentration effect of persistent organic pollutants. We also developed a reproducible analytical methodology based on a new approach for the release and quantification of different families of pollutants from polymeric microparticles. Finally, different analytical methods have been optimized for the analysis of several pollutants solved in seawater. The elution of pollutants retained in the SPE cartridges used in the BWR 2015 has been performed. In conclusion, this thesis provides information about the overall status of the oceans in terms of microplastics and their consequences at present. The study of the role of microplastics in seawater in a global way have been helpful to understand the actual environmental situation.