海面の状態を利用して、宇宙からマイクロプラスチック汚染を検出できる可能性があると研究者は述べています。
マイクロプラスチックを含む海域は、汚染のない海域と比べて表面の粗さが小さい傾向があることが分かりました。
これは、マイクロプラスチックとともに放出されることの多い界面活性剤（石鹸状または油状の化合物）が存在し、それが波の形成に影響を与えるためです。
研究チームは、水質サンプリング、衛星観測、コンピューターモデリングを組み合わせることで、政府や清掃団体がマイクロプラスチックを追跡・監視するために利用できるシステムの構築を目指しています。
研究者によると、海面の粗さを観察することで、宇宙からマイクロプラスチック汚染を見つけ出せる可能性があるということです。
マイクロプラスチック（海流に乗って、侵入地点から数百マイルや数千マイル離れた場所まで運ばれる微細な破片）は、海洋生物や海洋生態系に害を及ぼす可能性があり、追跡や除去が極めて困難です。しかし、2021年の発見により、マイクロプラスチックがどこから海に流入し、どのように移動し、どこに集積しやすいかについて、衛星が日々の経過を把握できるようになるのではないかという期待が高まり、予防や清掃の取り組みに役立つと考えられています。
研究チームは、サイクロン全球航法衛星システム（CYGNSS）が記録したデータから、マイクロプラスチックを含む海域では、汚染のない海域と比べて表面の粗さが小さく、つまり波の数が少なく、波も小さいことに気づきました。
予備試験では、この手法を用いて、中国の長江の河口で疑わしいマイクロプラスチックの放出を検出し、マイクロプラスチックが集積する北太平洋の収束域である大太平洋ごみベルトにおける季節変動を特定しました。大量に集まっています。しかしこれまで、研究チームはマイクロプラスチックと表面の粗さとの関係の性質について確信が持てずにいました。
この研究は、Scientific Reportsに掲載されており、波の活動の異常は、プラスチックそのものではなく、界面活性剤によって引き起こされることを示しています。界面活性剤とは、マイクロプラスチックとともに放出されることの多い石鹸状または油状の化合物であり、一度水中に入ると、同様の経路をたどって移動し、集積します。
ミシガン大学の気候・宇宙科学教授で本研究の著者の一人であるChris Ruf氏は、衛星ベースの追跡ツールは、現在の追跡手法を大幅に改善するものになると説明しています。現在の手法は、主にプランクトントロール船からの散発的な報告に頼っており、その漁網にはマイクロプラスチックも一緒に入り込んでしまいます。
「NOAA、英国のプリマス海洋研究所、その他の組織は、私たちの取り組みについて十分認識していますが、広く実用化する前に、慎重になり、システムの限界を十分に理解する必要があります」と、CYGNSSを主導するRuf氏は述べています。「今回の新たな知見は、そのプロセスにおける重要な一歩です。」
研究チームには、元造船・海洋工学の大学院研究員であるYukun Sun氏とThomas Bakker氏も参加しており、大学のAaron Friedman海洋流体力学研究所でデータを収集しました。同研究所の造波水槽を用いて、界面活性剤とマイクロプラスチックのペレットが、機械的に、また扇風機による風によって発生させた波に与える影響を測定しました。
研究チームは、マイクロプラスチックが表面の粗さに影響を与えるためには、その濃度が、汚染された海域であっても通常見られる濃度よりもはるかに高い必要があることを発見しました。一方、界面活性剤は顕著な影響を及ぼしました。研究者らは、界面活性剤を含む水では、一定の大きさの波を発生させるのにより強い風が必要であり、さらに、その波は清浄な水の場合よりも速く減衰することを発見しました。
論文の責任著者であり、造船・海洋工学の准教授であるYulin Pan氏は、この最初の発見が、界面活性剤とマイクロプラスチックが海中でどのように相互作用するかについて、さらなる研究を促すだろうと述べています。
「表面の粗さと、マイクロプラスチックおよび界面活性剤の存在との関係は見えてきました」とPan氏は述べています。「現在の目標は、これら3つの変数の正確な関係を理解することです。」
研究チームは、その理解を深めるために、水質サンプリング、衛星観測、コンピューターモデリングを組み合わせる計画です。最終的には、政府、清掃団体、その他の関係者が、既存のマイクロプラスチックを検出するとともに、水路をどのように移動しそうかを予測するために利用できるシステムの開発を目指しています。
Ruf氏と研究チームの他のメンバーは、ドキュメンタリーPlastic Earthに出演しています。同作品では、プラスチック汚染の規模と、開発中の工学的解決策が取り上げられています。
本研究は、NASA科学ミッション総局から一部支援を受けました。
出典：ミシガン大学
