ماذا يحدث عندما تصل جسيمات البلاستيك الدقيقة إلى التربة؟
درجة الحموضة ونوع التربة يؤثران على عمق ومدى انتشار الجسيمات البلاستيكية
البلاستيك جزء لا يتجزأ من حياتنا اليومية، فهو يُغلّف طعامنا، ويُشكّل ملابسنا، ويدعم أجهزتنا الإلكترونية، بل ويساعدنا في الشفاء من خلال الأجهزة الطبية، لكن البلاستيك لا يتحلل.
مع مرور الوقت، ينقسم إلى قطع أصغر – إلى جزيئات مجهرية ونانوية – ولكن هذه القطع لا تتحلل أبدًا بشكل كامل إلى مكوناتها الكيميائية.
هذه الجسيمات النانوية البلاستيكية، التي يتراوح قطرها بين 1 و100 نانومتر فقط، غير مرئية للعين المجردة، ومع ذلك، قد تُشكل أحد أخطر التهديدات للحياة على الأرض.
بمجرد إطلاقها في البيئة، يمكن للبلاستيك النانوي أن يدخل الهواء والماء والتربة.
تلتصق هذه المواد بالأنسجة الحية، وتتفاعل مع المواد الكيميائية الضارة، وقد تنتشر عبر أنظمة بيئية بأكملها.
التربة، على وجه الخصوص، تُعدّ بوابةً حيويةً. فهي تحتفظ بالماء، وتُغذّي النباتات، وتُسهم في إنتاج الغذاء.
ولكن ماذا يحدث عندما تدخل الجسيمات النانوية البلاستيكية هذا العالم الجوفي المُعقّد؟
تُقدّم دراسة يابانية حديثة رؤىً مهمة حول هذه القضية، وتستكشف كيفية انتقال الجسيمات البلاستيكية النانوية عبر أنواع مختلفة من التربة.
نُشرت الدراسة في مجلة “علم البيئة الشاملة”،
كيف تتصرف الجسيمات البلاستيكية النانوية في التربة؟
أجرى البحث كيوهي تسوشيدا، طالب دكتوراه من المعهد الوطني للعلوم الصناعية المتقدمة والتكنولوجيا ( AIST ) وجامعة واسيدا .
عمل مع يوكاري إيموتو، وتاكيشي سايتو، وجونكو هارا من المعهد الياباني للتكنولوجيا المتقدمة.
كما ساهم في الدراسة البروفيسور يوشيشيجي كاوابي من قسم الموارد والهندسة البيئية بجامعة واسيدا.
ركّزوا على فهم كيفية انتقال الجسيمات البلاستيكية النانوية عبر التربة. واستكشفوا كيفية تكتل جزيئات البلاستيك، والتصاقها بالتربة، وتأثيرها على سلوك جزيئات التربة.
وأشار تسوشيدا إلى أنه “من المعروف أن خصائص تجميع البلاستيك النانوي وامتصاصه على أسطح جزيئات التربة تؤثر على انتقاله في التربة”، قائلا “أجرينا تجارب لتحليل هذه السمات للحصول على فهم أفضل لهجرة البلاستيك النانوي.”
يساعد هذا البحث في الإجابة على سؤال ملحّ: كيف يتصرف البلاستيك بمجرد غرقه في التربة تحت أقدامنا؟
تتكتل الجسيمات البلاستيكية النانوية وتلتصق وتغير سلوك التربة
قام الباحثون بدراسة ثلاث ظواهر مهمة.
- أولاً، درسوا كيفية تفاعل البلاستيك النانوي مع بعضها البعض، وهي عملية تُعرف باسم التجميع المتجانس.
- ثانياً، اختبروا مدى التصاق البلاستيك النانوي بأسطح التربة.
- ثالثاً، فحصوا مدى تأثير البلاستيك النانوي على كيفية تكتل جزيئات التربة نفسها.
تُشكّل هذه الآليات الثلاث معًا كيفية انتشار جزيئات البلاستيك في التربة.
إذا تكتلت جزيئات البلاستيك النانوية أو التصقت بشدة بجزيئات التربة، فقد تبقى ثابتة، وإلا، فقد تنتقل لمسافات طويلة، وربما تصل إلى المياه الجوفية أو جذور النباتات.
لاختبار هذه العوامل، اختار الباحثون نوعين من التربة: الأندوسول والرمال الناعمة.
الأندوسول، وهي تربة بركانية غنية بالمعادن، تتباين بشدة مع الرمال الناعمة، ذات الملمس الرخو والمحتوى العضوي الضئيل.
وأوضح المؤلف المشارك هارا: “إن كل من الأندوسول والرمل الناعم لهما خصائص مختلفة للغاية، وقد استخدمنا هذين العنصرين للحصول على فكرة أوسع عن كيفية تغير سلوك البلاستيك النانوي فيما يتعلق بتركيب التربة وخصائص السطح”.
تأثيرات نوع التربة ودرجة الحموضة
ولفهم كيفية تصرف البلاستيك النانوي في التربة، استخدم الفريق جسيمات نانوية من البوليسترين .
تُحاكي هذه الجسيمات المُعدّة مخبريًا البلاستيك الشائع الموجود في النفايات.
علّق الباحثون هذه الجسيمات في محاليل ذات مستويات حموضة مختلفة – حمضية، ومحايدة، وقلوية، سمح لهم ذلك بمحاكاة ظروف تربة متنوعة.
قاموا بقياس حجم الجسيمات، وحجم الكتلة، وجهد زيتا. يعكس جهد زيتا الشحنة الكهربائية على أسطح الجسيمات.
تشير قيمة جهد زيتا المرتفعة إلى أن الجسيمات ستتنافر وتبتعد عن بعضها، أما القيم المنخفضة فتشير إلى أنها قد تجتذب وتتكتل.
يدرس الباحثون تأثير درجة حموضة التربة وخصائص سطحها على سلوك امتصاص وتجميع الجسيمات النانوية البلاستيكية.
كما درسوا مدى قدرة البلاستيك النانوي على الالتصاق بجزيئات نوعي التربة، ولهذا الغرض، استخدموا اختبار الامتصاص الدفعي.
استخدمنا اختبار الامتصاص الدفعي لفهم كيفية تراكم جزيئات البلاستيك في مسام التربة بشكل أعمق.
وأوضح المؤلف المشارك كاوابي: “لم تُشرح هذه الخاصية جيدًا في دراسات الأعمدة”.
ومن خلال الجمع بين التغيرات في درجة الحموضة مع أنواع مختلفة من التربة، أنشأ الفريق خريطة مفصلة لسلوك البلاستيك النانوي.
نتائج مذهلة وراء استقرار الجسيمات
ساعدت الأدوات المتقدمة مثل حيود الليزر، وقياس الطيف فوق البنفسجي، وتحليل جهد زيتا في فحص مدى استقرار الجسيمات أو تفاعلها في ظل الظروف التجريبية المختلفة.
من المثير للدهشة أن جسيمات البوليسترين النانوية لم تتكتل،. والسبب يكمن في شحنتها.
وأفاد تسوشيدا قائلاً: “إن الجهد زيتا السلبي للغاية لجزيئات النانو البوليسترين يسبب تنافرًا بين الجزيئات ويظل غير متأثر بتغيرات الرقم الهيدروجيني”.
لكن الوضع تغير مع دخول التربة إلى المشهد، بدأت الجسيمات النانوية البلاستيكية بالالتصاق بجزيئات التربة، مما أدى إلى تكتل التربة نفسها.
اعتمدت هذه العملية بشكل كبير على نوع التربة ودرجة الحموضة المحيطة بها.
كان سلوك الرمل الناعم مختلفًا عن سلوك الأندوسول، مما يُظهر أن ملمس السطح وتركيبه يؤثران على سلوك البلاستيك.
كيمياء التربة مهمة في مكافحة التلوث
تُظهر النتائج أن درجة الحموضة ونوع التربة يؤثران على عمق ومدى انتشار الجسيمات النانوية البلاستيكية.
فالتربة ذات خصائص معينة قد تحبس الجسيمات بفعالية أكبر، بينما تسمح أنواع أخرى بتدفقها، كما هو الحال مع الماء عبر المنخل.
يُعدّ هذا التمييز بالغ الأهمية عند تصميم حلول لمكافحة التلوث البلاستيكي.
قد لا تستجيب جميع أنواع التربة الملوثة بنفس الطريقة لجهود التنظيف، فما يصلح لنظام بيئي قد لا ينجح في نظام بيئي آخر.
ومن خلال تسليط الضوء على هذه الاختلافات، تشجع الدراسة الأبحاث والسياسات المستقبلية على اتباع نهج أكثر ملاءمة.
إن فهم كيفية تفاعل البلاستيك النانوي مع التربة يمكن أن يدعم الممارسات الزراعية الأكثر فعالية وإدارة التلوث.
من أين نذهب من هنا؟
مع استمرار نمو النفايات البلاستيكية، سيزداد انتشار البلاستيك النانوي في بيئتنا.
ويثير انتقاله عبر التربة مخاوف، ليس فقط فيما يتعلق بالزراعة، بل أيضًا بمياه الشرب والحياة البرية وصحة الإنسان.
تُشكّل دراساتٌ كهذه أساسًا لاستراتيجياتٍ جديدة، فهي تُسلّط الضوء على التهديدات الخفية التي نواجهها. وتُذكّرنا بأنّ البلاستيك، وإن بدا صغيرًا، إلا أنّ تأثيره عميق.
من خلال التجارب التفصيلية والتصميم المدروس، يقدم هذا البحث وجهة نظر جديدة لمشكلة متنامية.
