MICROPLASTICS: MINUSCULE PARTIKELS MET GROTE GEVOLGEN?

Transcriptie

1 UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE Academiejaar MICROPLASTICS: MINUSCULE PARTIKELS MET GROTE GEVOLGEN? door Stéphane KNOLL Promotoren: Dr. Annelies Declercq Prof. dr. Annemie Decostere Literatuurstudie in het kader van de masterproef Stéphane Knoll

2

3

4 Vrijwaringsclausule: Universiteit Gent, haar werknemers of studenten bieden geen enkele garantie met betrekking tot de juistheid of volledigheid van de gegevens vervat in deze masterproef, noch dat de inhoud van deze masterproef geen inbreuk uitmaakt op of aanleiding kan geven tot inbreuken op de rechten van derden. Universiteit Gent, haar werknemers of studenten aanvaarden geen aansprakelijkheid of verantwoordelijkheid voor enig gebruik dat door iemand anders wordt gemaakt van de inhoud van de masterproef, noch voor enig vertrouwen dat wordt gesteld in een advies of informatie vervat in de masterproef.

5 UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE Academiejaar MICROPLASTICS: MINUSCULE PARTIKELS MET GROTE GEVOLGEN? door Stéphane KNOLL Promotoren: Dr. Annelies Declercq Prof. dr. Annemie Decostere Literatuurstudie in het kader van de masterproef Stéphane Knoll

6 Voorwoord: Als 2 e master student aan de faculteit diergeneeskunde, vormt deze literatuurstudie een belangrijk onderdeel van de masterproef. Ik heb dit onderwerp samen met Dr. Declercq gekozen vanwege mijn interesse in het marien milieu, mariene organismen en bijzondere dieren. Verder is het welzijn van onze zeeën en oceanen sterk gerelateerd aan de gezondheid van de planeet. Zo is het van steeds groter belang om het marien milieu en de grote diversiteit aan mariene organismen te beschermen. Naast de opwarming van de aarde en het verzuren van het marien milieu, vormt plasticvervuiling van de diverse mariene ecosystemen, de dag van vandaag, een van de grote ecologische problemen. Bij deze wil ik mijn oprechte dank betuigen aan mijn tweede promotor Prof. Dr. Annemie Decostere, maar vooral aan mijn promotor Dr. Annelies Declercq voor de uitmuntende begeleiding bij het maken van deze literatuurstudie. Vervolgens had ik graag Jeroen Kerstens, Antonin Cant en Julie Rosseau bedankt voor het nalezen van mijn werk en controle op grammatica en spellingsfouten.

7 Inhoudsopgave: SAMENVATTING:... 1 SUMMARY:... 1 LITERATUURSTUDIE INLEIDING PLASTICS PRODUCTIE ADDITIEVEN ABSORPTIE VAN ORGANISCHE POLLUENTEN DEGRADATIE MICROPLASTICS DEFINITIE EN BRONNEN VAN MICROPLASTICS VOORKOMEN IN HET MARIEN MILIEU OPNAME EN ACCUMULATIE IN DE VOEDSELKETEN DETECTIE EN VISUALISATIE EFFECT OP MENS EN DIER EN RISICO S VOOR DE VOEDSELKETEN DISCUSSIE LITERATUURLIJST:... 27

8 Samenvatting: Sinds het begin van de massaproductie van plastics in het midden van de 20ste eeuw vormt contaminatie van het marien milieu met deze persistente synthetische stoffen een als maar groter probleem. In de laatste twintig jaar is men tot de realisatie gekomen dat microplastics hierbij een grote rol spelen. Microplastics komen alomtegenwoordig voor in het marien milieu. Deze kleine plastic partikels (< 5mm) zijn reeds aangetoond in dichtbevolkte kustgebieden alsook in de onherbergzaamste mariene ecosystemen. Microplastics kennen diverse intredewegen in het marien milieu, waaronder fragmentatie van macroplastics en afvoer van primaire microplasticscrubbers via afvalwater. Hiernaast hebben deze partikels complexe temporale en spatiale patronen. Lagedensiteit plastics stapelen zich op in gyres in het centrum van subtropische stromingen, terwijl hogedensiteit plastics accumuleren ter hoogte van sedimenten wereldwijd. Recente onderzoeken hebben uitgewezen dat microplastics onder natuurlijke en labo-omstandigheden worden opgenomen door talrijke mariene organismen, zoals mosselen en diverse vissenspecies. Als gevolg hiervan zouden deze verscheidene negatieve gevolgen hebben op de gezondheid van zeedieren, door mechanische schade en door cellulaire toxiciteit na translocatie uit het spijsverteringsstelsel. Deze negatieve gevolgen werden vooral aangetoond bij laagtrofische organismen, met potentiële gevolgen voor gehele populaties en de voedselketen. Hiernaast wordt de microplasticproblematiek gecompliceerd door de contaminatie van deze plastic partikels met potentieel toxische additieven, monomeren en persistente organische polluenten. Bovendien zouden microplastics en microplasticgebonden contaminanten kunnen accumuleren in de voedselketen en zo uiteindelijk bij de mens kunnen terechtkomen. Ondanks het steeds toenemend aantal publicaties omtrent microplastics, zijn er nog veel onbeantwoorde vragen. Deze literatuurstudie bespreekt de hedendaagse kennis aangaande microplastics in het marien milieu, met een focus op de meest recente publicaties aangaande de effecten op mariene organismen. Trefwoorden: Microplastics- Marine plastic afval- Additieven- POP s (Persistente organische polluenten)- Voedselketen Summary: Since the mass production of plastics, contamination of the marine environment with these persistent synthetic materials has become an ever-increasing problem. Lately, it has become clear that microplastics play a big part in this. Microplastics are ubiquitous in seawater and sediments and know various entryways into the marine environment. Recent studies have shown that microplastics can be ingested by numerous marine organisms. This could result in diverse health effects, including mechanical injury and cellular toxicity. Adverse effects of microplastics are possibly enhanced by the contamination of these plastic particles with toxic chemicals. Furthermore, microplastics and microplastic contaminants could accumulate in the food chain, eventually affecting humans. Despite the growing number of publications on microplastics, there are still many unanswered questions regarding this topic. This literature review examines the contemporary knowledge of microplastics in the marine environment, with a focus on recent publications regarding the effects on marine organisms. Keywords: Microplastics- Marine plastic debris- Additives- POP s (Persistent organic pollutants) - Food chain 1

9 LITERATUURSTUDIE 1. INLEIDING Plastics of kunststoffen zijn synthetische organische moleculen. Deze stoffen worden gevormd door polymerisatie van monomeren gewonnen uit gas en olie. Aan deze polymeren worden vaak chemische additieven toegevoegd om bepaalde eigenschappen te bekomen (Rios et al., 2007; Thompson et al., 2009b). De eerste vorm van synthetische polymeren die men werkelijk als plastic kon benoemen was Bakelite. Dit product werd voor het eerst geproduceerd in België in 1907 (Thompson et al., 2009b). Echter, pas in het midden van de 20 ste eeuw begon de werkelijke massaproductie van plastics zoals we deze nu kennen (Barnes et al., 2009; Thompson et al., 2009b). Tegenwoordig wordt er per jaar wereldwijd meer dan 310 miljoen ton aan plastic geproduceerd (PlasticsEurope, 2015). Dit staat in voor ongeveer 8% van het jaarlijkse olieverbruik (Thompson et al., 2009b). Tussen 1960 en 2000 is de productie van plastics maar liefst 25 maal gestegen (Moore, 2008). De meest geproduceerde soort plastic is polyethyleen met een globale jaarproductie van ongeveer 140 miljoen ton (Sivan, 2011). Op de tweede plaats volgt polypropyleen met in Europa een productie van ongeveer negen miljoen ton per jaar (PlasticsEurope, 2015). Het productieproces van plastics is erg goedkoop en bovendien hebben plastics zeer variabele eigenschappen waardoor hun toepassingen zo goed als oneindig zijn. Plastics zijn licht, stevig, duurzaam, zeer resistent, corrosieresistent en hebben een hoge thermische en elektrische isolatiecapaciteit (Thompson et al., 2009b; Sivan, 2011). Plastics hebben daarbij ook voor tal van medische, technologische en humanitaire vooruitgang gezorgd. Veel van de toepassingen van plastics zijn de dag van vandaag onmisbaar (Barnes et al., 2009; Thompson et al., 2009b). Aangezien ze zo goedkoop en gemakkelijk te produceren zijn, valt een groot deel van de geproduceerde plastics tegenwoordig onder de groep van wegwerpplastics (Rios et al., 2007), die instaan voor meer dan één derde van de totale plasticproductie. Deze groep bestaat voornamelijk uit verpakkingen en verpakkingsmateriaal, die zeer vaak binnen het jaar na productie worden weggegooid (Andrady, 2011). Globaal bestaat onze gemiddelde afvalberg voor 10% uit plastics (Barnes et al., 2009; Thompson et al., 2009b). In Europa wordt dit op 7% geschat (Barnes et al., 2009). Gelukkig wordt een deel van dit afval gerecycleerd; de rest wordt verbrand, gestort of komt in het milieu terecht (Hopewell et al., 2009). Een substantiële hoeveelheid vloeit af naar het marien milieu. Plastics worden teruggevonden in zo goed als alle natuurlijke habitats, van de poolcirkels tot aan de evenaar (Barnes et al., 2009; Thompson et al., 2009b). Ze worden aangetroffen in zwaar bevolkte kustgebieden, op afgelegen stranden en ook de diepste delen van de oceaan (Thompson et al., 2009b). Er zijn veel verschillende bronnen voor dit afval, gaande van het dumpen ervan op land en zee, verlies van ladingen, milieurampen tot afval dat vrijkomt uit afvalbergen en stortplaatsen (Barnes et al., 2009). Ongeveer 18% van het plastic afval op zee is afkomstig van de visserijsector (Andrady, 2011). Uit Chileens onderzoek tussen 2002 en 2005 blijkt dat ook aquacultuur bijdraagt aan het ontstaan van de plastic afvalberg op zee (Hinojosa en Thiel, 2009). Andere onderzoeken in Japan en Zuid-Korea wezen ook in die richting. Het ging hier dan vooral om piepschuim (schuimplastic) afkomstig van boeien gebruikt in de weekdierensector en plastic voederzakken benut voor de visteelt (Hinojosa en Thiel, 2009). Gemiddeld bestaat marien afval voor 40-80% uit plastics (Barnes et al., 2009) en dit kan op sommige locaties zelfs oplopen tot boven de 90% (zoals bepaalde stranden in Zuid-Afrika, Cape Cod in de Verenigde staten en de Golf van Biskaje) (Derraik, 2002). Plastic wordt beschouwd als één van de meest persistente vormen van pollutie in het marien milieu (Rios et al., 2007; Moore, 2008). Polyethyleen en polypropyleen plastics zijn erg resistent aan fysische en biologische degradatie (Rios et al., 2007; Sivan, 2011). De halfwaardetijd van plastics wordt geschat op honderden tot duizenden 2

10 jaren en mogelijks nog langer rond de polen en in de diepste gedeelten van de zee (Barnes et al., 2009). Wanneer plastics door middel van zonlicht worden blootgesteld aan ultraviolet (UV) -stralen, ondergaan deze polymeren foto-oxidatie. Door foto-oxidatie behoudt plastic zijn originele structuur, maar verliest deze aan stevigheid. De plastics vallen in steeds kleinere stukken uiteen waardoor er na verloop van tijd een reusachtig reservoir aan kleine plastic fragmenten in het mariene ecosysteem ontstaat (Rios et al., 2007; Moore, 2008; Barnes et al., 2009; Sivan, 2011; Law en Thompson, 2014). Door deze fragmentatie kan men stellen dat plastics kunnen worden opgenomen door een waaier aan organismen en zodoende schadelijk zijn voor dier en milieu (Sivan, 2011; Law en Thompson, 2014). Opname van plastics door diverse organismen kent rechtstreekse gevolgen waaronder verstikking, obstructie en perforatie van het spijsverteringsstelsel, verhongering, en zelfs sterfte (Barnes et al., 2009). Beelden van zeevogels, zeezoogdieren en vissen gestorven door de opname van plastics zijn veelvoorkomend op diverse media (figuur 1) (Gregory, 2009). Figuur 1: voorbeelden van ingestie van plastics (uit Gregory, 2009): (a) Laysanalbatros (Phoebastri immutabilis); (b) Dwergvinvis (Balaenoptera acutorostrata); (c) Een zeeschildpad. Hoewel de hoeveelheid grote plastic fragmenten constant blijft of daalt, stijgt het aantal kleine plastic fragmenten (Barnes et al., 2009). Deze kleine plastic fragmenten noemt men microplastics. Plastic afval in het marien milieu wordt volgens grootte onderverdeeld in verschillende klassen: macroplastics (>20 mm diameter), mesoplastics (5-20 mm) en microplastics (<5 mm) (Ryan et al., 2009). De hoofdbron van mariene toevoer van microplastics zouden het degradatie- en fragmentatieproces van macro- en mesoplastics zijn (Andrady, 2011). Deze worden secundaire microplastics genoemd (Fendall en Sewell, 2009). Anderzijds komen ook primaire microplastics voor. Dit zijn kleine plastic fragmenten die niet het resultaat van degradatie maar bewust het eindresultaat van een productieproces zijn. Gezien het stijgend belang van microplastics in de afgelopen jaren en de bewustwording ervan via diverse media, kaart deze literatuurstudie voornamelijk de problematiek rond deze kleine plastic fragmenten aan. Naast de bovenvermelde fysische risico s en gevaren van ingestie van plastic fragmenten door verschillende organismen (Sivan, 2011; Law en Thompson, 2014), brengt deze vorm van vervuiling nog tal van andere risico s met zich mee. Zo kunnen microplastics fungeren als absorptieplaats voor allerlei organische polluenten. Deze organische polluenten kunnen vervolgens, na inname van microplastics door zeedieren, terug vrijkomen en zo worden opgenomen in het organisme en dusdanig in de voedselketen belanden (Barnes et al., 2009; Teuten et al., 2009; Law en Thompson, 2014). Diverse persistente organische polluenten of POP s, zoals dichloordifenyltrichloorethaan (DDT), polychloorbifenylen (PCB s) en polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK s), werden reeds teruggevonden in marien plastic afval (Rani et al., 2015). Daarenboven gelooft men dat in het milieu of na opname van microplastics ook potentieel gevaarlijke en toxische additieven kunnen vrijkomen (Teuten et al., 2009; Law en Thompson, 2014). Dit wordt verder in deze literatuurstudie uiteengezet. Algemeen heerst er nog veel onduidelijkheid over de exacte risico s van microplastics voor zeedieren en het marien milieu. Hetzelfde geldt voor de risico s voor de voedselveiligheid en de mens (Law en 3

11 Thompson, 2014). Vooral de langetermijngevolgen zijn nog niet gekend (Febdall en Sewell, 2009). Dit noopt tot verder onderzoek. 2. PLASTICS 2.1. Productie De langketenige polymeren waaruit plastics bestaan, worden geproduceerd uit organische en nietorganische grondstoffen zoals koolstof, silicium, waterstof, stikstof, zuurstof en chloor. Deze grondstoffen zijn grotendeels afkomstig uit gas en olie (Shah et al., 2008). Tegenwoordig bestaan er ongeveer twintig verschillende groepen plastics. Elke groep wordt nog verder onderverdeeld in categorieën volgens specifieke eigenschappen (PlasticsEurope, 2008). Ongeveer 90% van de totale plasticproductie wordt vertegenwoordigd door vijf grote groepen: polyethyleen (PE), polypropyleen (PP), polyvinylchloride (PVC), polystyreen (PS) en polyethyleentereftalaat (PET) (Andrady en Neal, 2009; Rani et al., 2015). Dit zijn ook de meest gebruikte vormen van plastics in verpakkingsmateriaal en dus in wegwerpplastics (Shah et al., 2008). Figuur 2 toont het aandeel van deze vijf groepen in de jaarlijkse wereldwijde plasticproductie in 2006 (Andrady en Neal, 2009). Figuur 2: Jaarlijkse plasticproductie, wereldwijd (2006) (uit Andrady et Neal, 2009): Polyethyleen (PE); polypropyleen (PP); polyvinylchloride (PVC); polystyreen (PS); geëxpandeerde polystyrene; polyethyleentereftalaat (PET); polyurethaan (PUR); lagedichtheidpolyetheen (LDPE); lineair lagedichtheidpolyethyleen (LLDPE); hogedichtheidpolyetheen (HDPE); andere Additieven Plastics bestaan zelden alleen uit polymeren. Tijdens het productieproces worden allerlei additieven toegevoegd om specifieke eigenschappen te bekomen (Andrady en Neal, 2009; Teuten et al., 2009; Rani et al., 2015). Onder deze additieven vallen onder andere plastic vulstoffen die het plastic verstevigen, thermische stabilisatoren zodat kunststoffen kunnen worden verwerkt op hogere temperaturen, weekmakers om de plastics flexibeler te maken, vlamvertragers om de brandbaarheid te verlagen en UV-stabilisatoren om degradatie onder invloed van zonlicht te vertragen. Daarenboven kunnen kleurstoffen, matmakers of andere additieven worden toegevoegd om het uitzicht van het eindproduct te bevorderen (Andrady en Neal, 2009; Rani et al., 2015). Andere additieven, zoals antioxidanten, worden in kleine hoeveelheden gebruikt in quasi alle plastic producten. Antioxidanten 4

12 beschermen polymeren tegen radicalen tijdens het productieproces en later ook tegen degradatie in het milieu. Hun werking berust op het doneren van een waterstofatoom aan radicalen om deze te inactiveren. Monomeren zoals bisphenol A (BPA) worden ook vaak beschouwd als additieven. Naast de functie als bouwsteen voor de productie van polycarbonaat, kan BPA ook worden gebruikt in het productieproces van PE en PP in de ketenterminatiereactie die het polymerisatieproces van plastics beëindigt. Anderzijds kan BPA ook worden aangewend als antioxidant of weekmaker in verschillende types plastics (Rani et al., 2015). Additieven zijn meestal de duurste componenten van een plastic en worden daarom in de laagst mogelijke effectieve concentratie gebruikt (Andrady en Neal, 2009). Desalniettemin kunnen deze potentieel toxische stoffen bij gebruik van plastic goederen of uit plastic afval vrijkomen, met mogelijks negatieve gevolgen voor het milieu, mens en dier (Teuten et al., 2009; Rani et al., 2015). De snelheid van vrijkomen van deze additieven kan variëren naargelang omgevingsfactoren (Moore, 2008). Ook de grootte van de poriën van de polymeermatrix en de eigenschappen van de additieven zelf spelen een rol (Teuten et al., 2009). Rani et al. (2015) onderzochten het voorkomen van additieven en andere contaminanten in plastic afval en nieuwe plastic goederen. Het onderzoek toonde 63 verschillende chemicaliën aan, waaronder UVstabilisatoren, antioxidanten, ftalaten en koolwaterstoffen. Sommige van deze moleculen waren aanwezig in de plastic goederen en niet in het plastic afval, wat erg suggestief was voor lekkage van deze moleculen naar het milieu. Anderzijds toonde het zelfde onderzoek ook chemicaliën aan in plastic afval die niet te vinden waren in de nieuwe plastic producten, wat absorptie uit het milieu demonstreert. Resultaten van dit onderzoek tonen aan dat plastics in het marien milieu zowel als bron en vector kunnen fungeren voor allerlei toxische moleculen Absorptie van organische polluenten Persistente organische polluenten of POP s zijn potentieel toxische organische moleculen die wijdverspreid voorkomen in het milieu. Plastics fungeren als transportmedia voor hydrofobe POP s naar allerlei diersoorten (Rios et al., 2007, 2010). Verschillende studies hebben aangetoond dat plastics POP s kunnen absorberen, concentreren en transporteren in het marien milieu (Mato et al., 2001; Rios et al., 2010; Bakir et al., 2014). Dieren kunnen worden blootgesteld, door inname van microplastics, aan organische polluenten die geabsorbeerd werden aan hun oppervlak, via het omringende zeewater (Endo et al., 2005; Rios et al., 2010). Dit brengt potentiële negatieve gevolgen voor de diergezondheid, de voedselketen, het welzijn van mariene ecosystemen en de mens met zich mee (Rios et al., 2007, 2010). Allerlei van deze organische moleculen zijn reeds aangetoond in marien plastic afval (Endo et al., 2005; Rios et al., 2007, 2010; Teuten et al., 2007; Rani et al., 2015). Alle vormen van plastic debris in het marien milieu bevatten organische contaminanten (Teuten et al., 2009). De absorptie van organische polluenten door plastics in het marien milieu werd gedemonstreerd aan de hand van veldexperimenten. Deze laatste toonden een significante stijging van POP s aan, na blootstelling van plastics aan zeewater gedurende zes dagen. Aangezien de concentratie aan POP s in de plastics hoger was dan die van het zeewater kon ook worden geconcludeerd dat plastics polluenten kunnen accumuleren (Mato et al., 2001). Persistente organische polluenten hebben een hoge affiniteit voor het hydrofobe oppervlak van plastics (Mato et al., 2001; Teuten et al., 2009). Plastics zouden organische polluenten gemakkelijker absorberen vergeleken met natuurlijke sedimenten. Ook het loslaten van deze polluenten uit plastics bleek veel trager te zijn dan dat van natuurlijke sedimenten in het marien milieu. Verder werd er na het toevoegen van een minimale hoeveelheid met POP s gecontamineerde plastic, aan sedimenten, een significante stijging aan polluenten waargenomen in aaswormen (Arenicola marina) (Teuten et al., 5

13 2007). Ander onderzoek met aaswormen demonstreerde dat de aanwezigheid van microplastics in sedimenten de overdracht van POP s uit de directe omgeving significant deed toenemen (Besseling et al., 2012). Dit bevestigt de mogelijkheid dat plastic fragmenten in het marien milieu kunnen fungeren als transportmedium voor bepaalde organische polluenten naar levende dieren (Teuten et al., 2007). Hiernaast is de overdracht van POP s op diverse organismen aangetoond door gebruik te maken van mathematische modellen en experimentele data. Zo demonstreerde een voederexperiment met kuikens van de gestreepte pijlstormvogel (Calonectris leucomelas) dat PCB s kunnen worden overgedragen vanuit gecontamineerd plastic (Teuten et al., 2009). Bovendien heeft recent onderzoek accumulatie van POP s aangetoond in diverse weefsels, ten gevolge van opname van microplastics (Avio et al., 2015). Daarboven tonen deze onderzoeken aan dat microplastics POP s kunnen introduceren in de voedselketen. De absorptiecapaciteit en de absorptiesnelheid van polluenten op plastics zijn sterk afhankelijk van het type plastic en de soort polluent. Dit geeft aan dat de interacties tussen plastics en polluenten in het marien milieu zeer complex zijn en het effect van elke soort polluent op elk type plastic dient te worden onderzocht (Mato et al., 2001; Bakir et al., 2014). Plastics vertonen uiteenlopende affiniteiten voor organische polluenten door hun sterke verschillen in oppervlaktestructuren (Mato et al., 2001). Zo zou PE een veel hogere absorptiecapaciteit bezitten voor PCB s dan PP (Mato et al., 2002; Endo et al., 2005). Plastics bestaan structureel uit kristallijne en amorfe regio s. De moleculen in deze eerste regio s zijn typisch georganiseerd volgens een kristallijne structuur, terwijl de moleculen in de amorfe regio s willekeurig zijn georganiseerd. Deze at random organisatie geeft de amorfe regio s van plastics een meer flexibele textuur. Verder kan men deze amorfe regio s op basis van hun interne opbouw classificeren als glasachtig ( glassy ) of rubberachtig ( rubbery ). De glasachtige polymeren zijn steviger georganiseerd en ondervinden grotere cohesiekrachten terwijl de rubberachtige polymeren losser georganiseerd zijn en hun structuur meer lijkt op die van een viskeuze vloeistof. Polymeren kunnen overgaan van de glasachtige tot de rubberachtige fase bij stijging van de omgevingstemperatuur en omgekeerd bij daling van de omgevingstemperatuur. De rigidere structuren van de glasachtige regio s in plastics bevatten constante nanoporiën die fungeren als absorptieplaats voor POP s (Teuten et al., 2009). Het verschil in absorptiecapaciteit van plastics kan dus deels worden verklaard door proportionele verschillen in glasachtige en rubberachtige regio s. Endo et al. (2005) vergeleken de concentraties aan PCB s in aangespoelde pellets gevonden op verschillende stranden in Japan. Naast de verschillen in absorptie tussen de diverse plastic types werden grote verschillen aangetoond in PCB-concentraties tussen individuele PE-pellets. Er werd bevonden dat plastics die verkleuring vertoonden (geler waren) een hogere concentratie aan POP s bevatten. Deze verkleuring zou het resultaat zijn van langdurige aanwezigheid in het marien milieu en blootstelling aan de elementen. Dit toont de accumulatie van POP s op plastic afval aan over tijd (Endo et al., 2005). Het duurt namelijk maanden tot jaren voordat plastics een evenwichtssituatie bereiken met het omliggende zeewater (Mato et al., 2002; Hirai et al., 2011). Deze accumulatie van POP s zou onder andere kunnen worden verklaard door het fragmenteren en het ontstaan van kloven in het oppervlak van de stukken plastic, met vergroting van de oppervlakteratio tot gevolg. Dit zorgt voor meer mogelijk bereikbare bindingsplaatsen voor POP s (Endo et al., 2005; Teuten et al., 2007). Een andere verklaring voor de hogere concentratie aan PCB s in verkleurde fragmenten, is dat deze vergeling het resultaat is van een hogere concentratie additieven met een verhoging van de hydrofobe eigenschappen tot gevolg. Ook fragmenten die bevuiling vertoonden met bijvoorbeeld olie of andere organische producten bezaten hogere concentraties aan PCB s. Dit kan worden verklaard doordat de bevuiling zou bijdragen aan de absorptiecapaciteit van de plastics. Anderzijds kan worden gesteld dat 6

14 bevuilde fragmenten waarschijnlijk langere tijd aanwezig zijn geweest in zeewater met hogere accumulatie van POP s tot gevolg (Endo et al., 2005). Plastic fragmenten met POP s zijn niet alleen aangetoond op stranden. Onderzoek uitgevoerd door Rios et al. (2010) heeft PCB s aangetoond in meer dan 50% van fragmenten verkregen op zee ter hoogte van de Noord-Pacifische draaikolk en meer dan 75% van deze fragmenten vertoonden de aanwezigheid van PAK s. Plastic fragmenten zijn bovendien niet alleen in staat POP s te binden via het omringende zeewater. Deze fragmenten kunnen ook polluenten opnemen uit de lucht (Rios et al., 2010). De aanwezige concentratie, het type en de verhoudingen van organische polluenten gevonden in marien plastic afval varieert daarnaast naargelang de mate van vervuiling van het omringende zeewater met POP s. Deze vervuiling verschilt sterk per geografisch gebied. Zo is de concentratie aan PCB s teruggevonden in gestrande pellets in de Verenigde Staten, Japan en Europa veel hoger dan deze in Azië, Australië of in het zuiden van Afrika. Verder zijn hogere DDT-concentraties aangetoond in Zuid-Afrika en Vietnam, wat overeenkomt met het gebruik van deze molecule in onder andere pesticiden in de desbetreffende regio s. Deze regionale verschillen impliceren dat de ecologische risico s gebonden aan plastic fragmenten sterk variëren volgens geografische gebieden, wat deze problematiek zeer complex maakt (Teuten et al., 2009) Degradatie De meeste synthetische polymeren zijn zeer persistent en worden, in het marien milieu, vooral afgebroken via foto-oxidatie (Barnes et al., 2009; Weinstein et al., 2016). Andere vormen van plastic degradatie zijn biodegradatie en hydrolyse, maar deze treden slechts in zeer beperkte mate op in vergelijking met foto-oxidatie (Weinstein et al., 2016). Foto-oxidatie is een proces waarbij plastics degraderen onder invloed van licht (Singh en Sharma, 2008). Plastic polymeren absorberen hoogenergetische UV-stralen, waardoor elektronen van deze polymeren een verhoogde reactiviteit vertonen. Zo zijn deze elektronen in staat te reageren met aanwezige zuurstof, met oxidatie, degradatie en fragmentatie tot gevolg (Shah et al., 2008; Weinstein et al., 2016). Bij blootstelling aan onder andere UV-stralen in zonlicht, samen met de oxidatieve eigenschappen van de atmosfeer en de hydrolytische eigenschappen van zeewater, verliezen plastics hun treksterkte en worden erg broos. Hierdoor verbrokkelen deze in steeds kleinere fragmenten, met de vorming van microplastics tot gevolg (Moore, 2008; Sivan, 2011; Law en Thompson, 2014). De halfwaardetijd van plastics is afhankelijk van de fysische en chemische eigenschappen van het type polymeer en onder andere ook de aanwezigheid van bepaalde additieven (Singh en Sharma, 2008; Barnes et al., 2009). De gevoeligheid van een polymeertype voor foto-oxidatie is afhankelijk van de absorptiecapaciteit van dit polymeertype voor verschillende lichtstralen. Hoogenergetische UV-B- (~ nm) en UV-A-stralen (~ nm) zorgen voor directe fotodegradatie. Zichtbaar licht ( nm) zorgt voor overdracht van warmte, wat het degradatieproces versnelt. Ten slotte versnellen infraroodstralen ( nm) het oxidatieproces (Shah et al., 2008). Niet alle types plastic zijn gevoelig aan dezelfde UV-golflengtes. Zo ondervinden PE-plastics maximale degradatie onder invloed van licht met een golflengte van ongeveer 300 nm, terwijl PP-plastics meer degeneratie ondergaan wanneer deze worden blootgesteld aan UV-stralen met een golflengte van ongeveer 370nm (Singh en Sharma, 2008). Omgevingsfactoren zoals hoeveelheid zonlicht, temperatuur en aanwezige zuurstof dragen uiteraard ook bij aan de degradatiesnelheid. Deze factoren zijn afhankelijk van de globale lokalisatie van de plastic fragmenten en hun lokalisatie binnen het marien milieu. Zo is aangetoond dat PE-plastics trager worden afgebroken wanneer deze zich in zeewater bevinden, in vergelijking met degradatie na blootstelling aan lucht. Dit is waarschijnlijk het gevolg van verminderde blootstelling aan zonlicht, lagere temperaturen en lagere zuurstofgehaltes in zeewater (Weinstein et al., 7

15 2016). Degradatie en fragmentatie van plastics in het marien milieu gebeurt trager op grote diepte, waar de zuurstofconcentratie laag is en de lichtpenetratie vanaf het oppervlak minimaal is (Barnes et al., 2009). Accumulatie van micro-organismen en invertebraten op plastic fragmenten in het marien milieu schermen deze af van UV-stralen met vertraagde degradatie tot gevolg. Onderzoek uitgevoerd in de jaren 1980 toonde aan dat PE-fragmenten blootgesteld aan zonlicht en lucht na acht weken significante degradatie hadden ondervonden en hun treksterkte volledig hadden verloren, terwijl vergelijkbare PEfragmenten ondergedompeld in zeewater na acht weken zo goed als onveranderd waren gebleven. De tragere afbraak was het gevolg van kolonisatie met micro-organismen en invertebraten. Bovendien zorgt deze accumulatie van organismen voor een verhoging van de densiteit van de plastic fragmenten, waardoor deze kunnen zinken (Weinstein et al., 2016). Daarentegen zouden fysische effecten van golven en getijen zorgen voor versnelde fragmentatie en dit voornamelijk in kustgebieden. Op stranden zijn plastics ook in staat snel op te warmen, wat het degradatieproces in de hand werkt (Barnes et al., 2009; Cole et al., 2011; Weinstein et al., 2016). Fragmentatie van plastic afval heeft er ondermeer voor gezorgd dat de hoeveelheid aan plastic fragmenten in het marien milieu drastisch is toegenomen (Moore, 2008; Law en Thompson, 2014). De aanwezigheid van microplastics in het marien milieu werd voor het eerst ontdekt in de jaren Sindsdien heeft men microplastics aangetoond in open water, ter hoogte van stranden en kustgebieden, in sedimenten en in het spijsverteringsstelsel van allerlei zeeorganismen (Barnes et al., 2009). Microplastics zijn hedendaags één van de meest voorkomende vormen van vervuiling in het marien milieu en er wordt gespeculeerd dat de hoeveelheid microplastics in de toekomst zal blijven toenemen (Moore, 2008; Law en Thompson, 2014; Weinstein et al., 2016). Een significante, constante stijging van microplastics is aangetoond in de tijd (figuur 3) (Barnes et al., 2009). Bovendien is de massaproductie van plastics nog maar sestig jaar aan de gang en wordt de persistentie van synthetische polymeren geschat Figuur 3: Microplastics in oppervlaktewater (grijze balkjes) van op honderden tot duizenden jaren tot 2000 (naar Barnes et al., 2009): stalen verkregen met Hierdoor blijft de exacte een Continuous Plankton Recorder. Deze figuur toont een halfwaardetijd van de meeste significant graduele stijging aan van microplastics aan als de synthetische polymeren in het data van 1960 tot 1990 (F3,3=14,42 p< 0,05). De stippellijn geeft marien milieu tot op heden globale productie van plastics weer (per miljoen ton). ongekend (Barnes et al., 2009). 3. MICROPLASTICS 3.1. Definitie en bronnen van microplastics Plastic afval komt voor in zeer uiteenlopende vormen en groottes. De kleinste groep van plastic partikels gevonden in het milieu wordt microplastics genoemd. Er is veel discussie rond de juiste definitie van microplastics en er bestaat nog geen universeel aanvaarde omschrijving van deze partikels (Van Cauwenberghe et al., 2015a). De meest courante definitie is de volgende: microplastics zijn alle plastic eenheden die kleiner zijn dan vijf millimeter doorsnede (Betts, 2008; Barnes et al., 2009; Ryan et al., 8

16 2009; Gouin et al., 2011). Toch verkiezen bepaalde auteurs een andere definitie, namelijk een maximale afmeting van één millimeter doorsnede. Dit stemt meer overeen met de benaming micro - plastics. Aangezien deze definities pas tot stand zijn gekomen na een internationale conferentie over microplastics in 2008, kan men in de literatuur nog heel wat andere omschrijvingen vinden voor microplastics (Betts, 2008; Van Cauwenberghe et al., 2015a). Zoals eerder vermeld kan men microplastics indelen in twee categorieën: primaire en secundaire microplastics. Secundaire microplastics zijn plastic partikels die het resultaat zijn van degradatie van macro- en mesoplastics in het milieu (Andrady, 2011; Gouin et al., 2011; Van Cauwenberghe et al., 2015a). Bijkomend wordt beweerd dat op schepen macroplastics met opzet worden versnipperd om deze fragmenten onopgemerkt, samen met het afvalwater in zee te dumpen (Moore, 2008). Een andere actuele bron van microplastics in het marien milieu zijn biologisch afbreekbare plastics (Thompson et al., 2004). Dit klinkt tegenstrijdig, maar biologisch afbreekbare plastics bestaan maar deels uit biologisch afbreekbare materialen, zoals zetmeel en plantaardige oliën, samen met chemische producten ontworpen om de degradatie van polymeren te versnellen. Na afbraak van deze natuurlijke producten blijven de synthetische polymeren over. Deze polymeren ondergaan vervolgens degradatie in het marien milieu, onder invloed van UV-licht en mechanische factoren, met uiteindelijk het vrijkomen van secundaire microplastics tot gevolg (Cole et al., 2011). Primaire microplastics daarentegen zijn niet afkomstig van de afbraak van grotere stukken plastic, maar zijn kleine plastic partikels die als dusdanig worden geproduceerd. Deze primaire microplastics worden gebruikt in bepaalde zepen, scrubs voor de huid of andere schoonheidsproducten, waarna deze via het afvalwater in het aquatisch milieu terecht komen (Fendall en Sewell, 2009; Gouin et al., 2011; Van Cauwenberghe et al., 2015a). Deze plastic partikels zijn namelijk te klein om te worden gecapteerd door waterzuiveringsinstallaties, waardoor ze rechtstreeks worden afgevoerd naar rivieren en uiteindelijk de zee (Fendall en Sewell, 2009). Fendall en Sewell (2009) toonden aan dat het merendeel van de gezichtsreinigers in Nieuw-Zeeland PEmicroplastics bevatte. Deze kleine plastic partikels variëren in vorm en grootte naargelang hun applicatie (Fendall en Sewell, 2009). Microplastics hebben het gebruik van natuurlijke scrubbers, zoals vermalen amandelen, havermout en puimsteen, in deze zepen en cosmetische producten volledig vervangen. Sinds de jaren 1980 is het gebruik ervan ook drastisch gestegen (Cole et al., 2011). Zo worden microplastics dagelijks door miljoenen verbruikers het marien milieu ingestuurd, waardoor deze direct beschikbaar zijn voor ingestie door allerlei zeeorganismen, zonder nood aan enige vorm van degradatie (Fendall en Sewell, 2009). Primaire microplastics worden ook gebruikt als vectoren in bepaalde geneesmiddelenformulaties (Cole et al., 2011). Een andere vorm van primaire microplastics zijn pellets. Dit zijn plastic korrels geproduceerd als primair product voor latere verwerking tot allerlei plastic goederen (Thompson et al., 2009a). Deze korrels zijn meestal sferisch en uniform van grootte. Pellets bereiken het marien milieu via het afvoerwater van fabrieken, of bijvoorbeeld door ongelukken op zee gerelateerd aan het transport van de plastics (Cole et al., 2011). Een derde bron van primaire microplastics zijn resten of afval afkomstig van het zandstralen met synthetische media (Thompson et al., 2009a; Ivar do Sul en Costa., 2014). Hierbij worden acryl, melamine of polyester partikels aan hoge snelheden afgevuurd om bijvoorbeeld roest en verf van boten of andere machines te verwijderen. Deze microplastic partikels worden herhaaldelijk gebruikt tot ze nog kleiner worden en hun schurende werking verliezen. Bovenop het feit dat deze partikels dan vaak in het marien milieu eindigen, kunnen deze door hun functie worden gecontamineerd met zware metalen (Cole et al., 2011). Ten slotte vormen synthetische filamenten, afkomstig van het wassen van kledij gemaakt uit synthetische materialen, ook nog een belangrijke bron van microplastics. Eén stuk kledij kan tot 1900 (micro)filamenten vrijstellen bij elke wasbeurt, deze worden vervolgens afgevoerd met het afvalwater (Van Cauwenberghe et al., 2015a). 9

17 3.2. Voorkomen in het marien milieu Plastic afval is aanwezig in elke marien ecosysteem op aarde (Barnes et al., 2009; Thompson et al., 2009b; Cole et al., 2011). Men kan plastics aantreffen op de meest onherbergzame plaatsten, waaronder de polen, afgelegen eilanden en op de bodem van de oceaan. Aan de hand van getijen, stromingen en wind worden deze plastic partikels wereldwijd verspreid (Browne et al., 2010; Cole et al., 2011; Doyle et al., 2011). Plastic wordt beschouwd als de grootste vertegenwoordiger van marien debris. Desalniettemin is nog niet veel geweten over het voorkomen van microplastics in het marien milieu (Browne et al., 2010; Claessens et al., 2011; Cole et al., 2011; Doyle et al., 2011). Het is namelijk zeer moeilijk om globaal de exacte hoeveelheid, concentraties en distributie van microplastics te kwantificeren. Dit zou accurate data met betrekking tot alle intredewegen en degradatiesnelheden van macroplastics, samen met de intredewegen van primaire microplastics in het marien milieu vergen. Daarnaast is het zeer moeilijk microplastics die het marien milieu reeds contamineren te kwantificeren, voornamelijk door de grootte van deze partikels in vergelijking met de grootte van de zeeën en oceanen op aarde. Bovendien maken stromingen en seizoensgebonden patronen de verdeling van microplastics nog ingewikkelder (Cole et al., 2011; Doyle et al., 2011). Temporale patronen van microplastics in het marien milieu zijn zeer divers en de kennis betreffende de verspreidingswegen van microplastics is gering. Ook de verdeling van microplastics binnen de waterkolom en over verschillende ecosystemen is zeer uiteenlopend (Ryan et al., 2009). De aanwezigheid van microplastics op stranden en in sedimenten is wereldwijd gerapporteerd (Moore et al., 2001; Thompson et al., 2004; Law et al., 2010; Claessens et al., 2011; Van Cauwenberghe et al., 2015a). Mariene sedimenten worden beschouwd als een accumulatieplaats voor microplastics (Van Cauwenberghe et al., 2013, 2015a). Plastic fragmenten met een densiteit hoger dan die van zeewater (>1.02 g cm³) zinken naar de bodem en worden daar gevangen. Anderzijds drijven plastic fragmenten met een lagere densiteit dan die van zeewater aan de oppervlakte of bevinden zich in de waterkolom (Van Cauwenberghe et al., 2015a). Het merendeel van de lagedensiteit microplastics bevindt zich in de microlaag aan de zeeoppervlakte (Cole et al., 2011). De dichtheid van plastic partikels verschilt naargelang het polymeertype, de compositie en naargelang het productieproces van de plastics. Zo varieert de densiteit van PE tussen 0,90 g cm 3 en 0,99 g cm 3 en de densiteit van PS tussen 1,00 g cm 3 en <0,05 g cm 3. De dichtheid van microplastics bepaalt de positie ervan in de waterkolom en de mogelijke maat van transport in het marien milieu (Browne et al., 2010). Zoals eerder vermeld accumuleren diverse organismen op plastic fragmenten in het marien milieu, wat er uiteindelijk voor zorgt dat deze ook gaan zinken (Barnes et al., 2009; Andrady, 2011; Van Cauwenberghe et al., 2013, 2015a). Begin jaren 2000 toonden Thompson et al. (2004) voor het eerst microplastics aan in sedimenten. Verschillende locaties in het Verenigd Koninkrijk werden onderzocht en leverden negen verschillende types plastic fragmenten op, afkomstig van ondermeer verpakkingsmateriaal, touw en kleding. Later konden microplastics worden aangetoond in sedimenten over heel het Verenigd Koninkrijk (Thompson et al., 2004). Ook het Belgische kustgebied is bezaaid met microplastics. Sedimentonderzoek uitgevoerd door De Meester (2008) in Koksijde-bad, Knokke-Zoute, de zandbank in Heist, de havens van Nieuwpoort, Oostende en Zeebrugge en het Belgisch Continentaal Plat toonde de aanwezigheid van microplastics aan op elk van deze locaties. In figuur 4 worden de concentraties aan microplastics in het Belgisch kustgebied weergegeven per type plastic fragment en per locatie. Verder onderzoek uitgevoerd door Claessens et al. (2011) heeft aangetoond dat contaminatie van 10

18 Figuur 4: Algemene vergelijking tussen de concentraties microplastics (aantal per kg droogequivalent) in het Belgisch kustgebied (uit De Meester, 2008) (HWL: hoogwaterlijn, IT: intertidaal, ST: subtidaal, BCP: Belgisch Continentaal Plat). Belgische stranden in de laatste twintig jaar drievoudig is gestegen. Vanuit alle hoeken van de wereld volgden, na de publicatie van Thompson et al. (2004), nog vele verslagen van de detectie van microplastics in mariene sedimenten. Zelfs in de diepste gedeelten van de oceaan zijn deze plastic partikels gerapporteerd. Onderzoek van diepzeesedimenten tot 5000 meter diepte van locaties wereldwijd bevestigde de aanwezigheid van microplastics (Van Cauwenberghe et al., 2013). Dit illustreert de globale contaminatie van stranden en mariene sedimenten met microplastics (Claessens et al., 2011; Van Cauwenberghe et al., 2013, 2015a). Bovendien werd aangetoond dat microplasticconcentraties hoger zijn in sterk bevolkte kustgebieden (Doyle et al., 2011; Van Cauwenberghe et al., 2015a). Er werd een positieve correlatie gevonden tussen populatiedensiteit en concentratie microplastics in sedimenten. Microplastics kunnen op dichtbevolkte stranden tot 3,3% van het sedimentgewicht uitmaken in vergelijking met 0,12% op weinig bevolkte stranden. Afvoer van zoetwater naar het marien milieu via rivieren en kanalen zou evenzeer een belangrijke rol spelen in de aanvoer van microplastics. Stalen genomen ter hoogte van riviermondingen vertonen algemeen hoge concentraties aan microplastics (Van Cauwenberghe et al., 2015a). Wanneer microplastics worden aangevoerd via rivieren zorgt de stroming ervoor dat deze partikels in suspensie blijven. Pas als de stoomsnelheid voldoende is afgenomen, zullen de microplastics in functie van hun dichtheid, vorm en oppervlakteratio uiteindelijk zinken (Barnes et al., 2009; Browne et al., 2010; Cole et al., 2011). De zwaarste partikels worden afgezet in de buurt van de monding (Browne et al., 2010). Anderzijds is het aangetoond dat microplastics met een hoge densiteit tijdelijk opnieuw kunnen worden verdeeld in de waterkolom. Turbulentie van het zeewater tijdens een storm of hevig onweer in de wintermaanden zouden hiervoor kunnen zorgen (Cole et al., 2011; Doyle et al., 2011). Deze microplastics zijn vervolgens in staat verder te spreiden in het marien milieu (Cole et al., 2011). Microplastics in oppervlaktewater werden voor het eerst gemeld in het begin van de jaren 1970 (Van Cauwenberghe et al., 2015a). Aan de hand van een sleepnet met fijne mazen kunnen microplastics in de waterkolom op verschillende dieptes worden bemonsterd (Ryan et al., 2009; Cole et al., 2011). Onderzoek van 595 sleepnetstalen, als deel van een onderzoek van Doyle et al. (2011), toonde aan dat microplastics wijdverspreid voorkomen in oppervlakkige lagen van de waterkolom. Er zijn nog maar weinig studies gebeurd naar het voorkomen van microplastics in het midden van de waterkolom. Dergelijke studies zijn van belang voor de accurate evaluatie van microplastics in het marien milieu 11

19 aangezien niet alle microplastics een lagere dichtheid bezitten dan zeewater. Bevindingen vanuit de Noord-Pacifische Oceaan verkregen op tien tot dertig meter diepte toonden veel lagere plastic concentraties aan dan aan de oppervlakte (Ryan et al., 2009). In het onderzoek uitgevoerd door Doyle et al. (2011) werden in de meeste stalen genomen op grotere diepte geen microplastics teruggevonden. Door surveys met sleepnetten meermaals te herhalen in bepaalde gebieden is men in staat de spatiale verdeling en temporale patronen van microplastics te evalueren (Cole et al., 2011). Met data verzameld aan de hand van planktonsleepnetten in de Noord-Atlantische Oceaan en de Caraïbische Zee tussen 1986 en 2008 waren Law et al. (2010) in staat spatiale patronen van microplastics in de desbetreffende regio s te analyseren. Er werden microplastics gevonden in 62% van de 6136 stalen. De hoogste concentratie werd gevonden ter hoogte van de Noord-Atlantische draaikolk met concentraties tot (± 2324) fragmenten/km² (Law et al., 2010). Moore et al. (2001) toonden nog hogere concentraties van plastic fragmenten aan ter hoogte van de Noord-Pacifische draaikolk, met een gemiddelde concentratie van fragmenten/km². Door de overvloed aan plastic kreeg dit gebied een nieuwe naam: great Pacific garbage patch. Vergelijkbare onderzoeken hebben ook accumulatie van plastic aangetoond in de Zuid-Pacifische draaikolk (Cole et al., 2011). Oceanografische modellen en veldstudies met satelliettrackers bevestigden dat een groot aandeel van marien debris accumuleert ter hoogte van draaikolken of gyres. Gyres zijn grote wervelingen van oceaanwater in het centrum van subtropische stromingen en fungeren bijgevolg als massieve reservoirs voor marien plastic afval (Ryan et al., 2009). Naast conventionele studies met sleepnetten zijn data verkregen aan de hand van Continuous Plankton Recorders (CPR s) erg nuttig voor de evaluatie en kwantificatie van microplastics in open water. Deze kleine filters worden achter boten, die volgens vaste routes varen, gesleept. De CPR s nemen continu planktonstalen met eventueel aanwezige microplastics. Zo is men in staat temporale veranderingen in het voorkomen en de compositie van microplastics te onderzoeken (Thompson et al., 2004; Ryan et al., 2009). Biologische staalname wordt ook gebruikt voor de evaluatie van microplastics in het marien milieu. Deze surveys berusten op de detectie, analyse en kwantificatie van plastic fragmenten opgenomen door zeeorganismen. Dit gebeurt aan de hand van de dissectie van het spijsverteringsstelsel van gestrande mariene organismen of door het onderzoeken van regurgitatie van zeevogels (Cole et al., 2011). De revelatie dat plastic fragmenten een risico vormen voor mariene ecosystemen kwam er na het vinden van dergelijke fragmenten in de magen van zeevogels in de jaren Zeevogels zoals stormvogels en buissnaveligen die plastics accumuleren in hun magen zijn bijzonder geschikt voor het onderzoek naar het voorkomen, de compositie en de temporale veranderingen van marien plastic afval. Dergelijke vogels verzamelen op zee namelijk plastic fragmenten over grote oppervlaktes (Ryan et al., 2009). Onderzoek heeft aangetoond dat opname van plastic fragmenten door deze vogels sterk is gestegen tussen de jaren 1980 en de jaren Het gemiddeld aantal opgenomen fragmenten steeg ook van vijftien naar dertig fragmenten per aangespoelde vogel in dit laatste onderzoek. Dit stemt overeen met de stelling dat het fragmenteren van macroplastics ervoor zorgt dat het aantal plastic fragmenten in het marien milieu toeneemt (Thompson et al., 2004; Cole et al., 2011). Aan de hand van zeevogels heeft men ook kunnen aantonen dat de laatste vijfentwintig jaar het aandeel van pellets als microplastic in het marien milieu is gedaald en het aandeel van secundaire microplastics is gestegen. Biologische staalname is een goedkope en erg geschikte manier om het voorkomen van plastics in het marien milieu te evalueren (Ryan et al., 2009). Naast het onderzoek uitgevoerd door Claessens et al. (2011) is er vandaag de dag weinig bewijs dat een verdere stijging van de hoeveelheid plastic fragmenten in het marien milieu aantoont. Het bovenvermelde onderzoek van Barnes et al. (2009) toonde wel een significante stijging van het aantal microplastics in CPR-stalen tot de jaren Andere onderzoeken met oppervlakkige sleepnetten, 12

20 zoals dat van Thompson et al. (2004) en Law et al. (2010) toonden geen significante stijging in microplasticconcentraties aan in de laatste veertig jaar. Zo is ook het aantal plastic fragmenten opgenomen door zeevogels sinds het eind van de twintigste eeuw, gestabiliseerd. Desalniettemin zijn te weinig data beschikbaar om hierover harde conclusies te trekken Opname en accumulatie in de voedselketen Als gevolg van het fragmenteren van plastics in het marien milieu, stijgt het aantal plastic fragmenten waarmee mariene organismen in contact kunnen komen. Bijkomend, door het steeds kleiner worden van plastic fragmenten, kunnen deze door steeds meer mariene species worden opgenomen (Moore, 2008; Barnes et al., 2009; Cole et al., 2011). De opname van microplastics door mariene organismen kan op verschillende manieren gebeuren. Door hun prominente aanwezigheid en hun enorme diversiteit in vorm en kleur, kunnen plastic fragmenten in het marien milieu als natuurlijke prooi worden aanzien (Moore, 2008) en met de natuurlijke voeding worden opgenomen (Browne et al., 2008; Fendall en Sewell, 2009). Microplastics hebben ongeveer dezelfde afmetingen dan plankton en zandkorrels, waardoor deze kleine partikels makkelijk worden opgenomen door laagtrofische organismen (Browne et al., 2008; Moore, 2008). Dit maakt organismen aan de bodem van de voedselketen bijzonder gevoelig voor de ingestie van microplastics (Moore, 2008). Verschillende factoren beïnvloeden de biologische beschikbaarheid van microplastics. Zo spelen de densiteit van de partikels en de spatiale verdeling ervan een duidelijke rol (Van Cauwenberghe et al., 2015a). Microplastics met een densiteit groter dan deze van zeewater zinken, waar deze vervolgens beschikbaar worden voor diverse bodemorganismen (Van Cauwenberghe et al., 2015a). Zo zouden zowel deposit- als filtervoedende zeekomkommers (van de orde Aspidochirotida en Dendrochirotida) microplastics opnemen tijdens het voeden (Graham en Thompson, 2009). Depositvoeders zijn organismen die zich voeden met (organisch) materiaal dat naar de zeebodem zinkt, daar waar filtervoeders zijn aangepast om gesuspendeerd (organisch) materiaal uit de waterkolom te halen (Browne et al., 2008; Graham en Thompson, 2009). Voorts bleek dat zeekomkommers deze microplastics boven zandkorrels leken te verkiezen (Graham en Thompson, 2009). Anderzijds zijn lagedensiteit plastics aan het zeewateroppervlakte beschikbaar voor opname door allerlei vissen en zeevogels alsook voor diverse plankton-organismen, zoals pijlwormen, vislarven en eenoogkreeftjes (Fendall en Sewell, 2009). Naast de densiteit zouden de kleur, vorm en grootte van microplastics een rol spelen in de biologische beschikbaarheid ervan (Graham en Thompson, 2009; Cole et al., 2011; Van Cauwenberghe et al., 2015a). Ingestie van microplastics en hun aanwezigheid in het spijsvertering van de blauwe mossel (Mytilus edulis) kon reeds twaalf uur na blootstelling aan deze partikels in labo-experimenten worden aangetoond (Brown et al., 2008). Na drie dagen kon de aanwezigheid van microplastics worden aangetoond in de hemolymfe (lichaamsvloeistof) van de mosselen, wat de opname van deze plastics vanuit het spijsverteringsstelsel naar de circulatie aantoont. Microplastics bleven tot achtenveertig dagen na blootstelling aanwezig in de lichaamsvloeistof van de mosselen (Browne et al., 2008). Translocatie van microplastics vanuit het spijsverteringsstelsel naar de hemolymfe van de mossel werd bevestigd door Van Cauwenberghe (2011). Translocatie van microplastics treedt ook op bij hogere organismen zoals bij ratten en bij de mens (Browne et al., 2008). De grootte van de plastic partikels zou een determinerende rol spelen in de resorptie vanuit het spijsverteringsstelsel. Hoe kleiner de partikels, hoe groter de resorptie zou zijn (Browne et al., 2008; Van Cauwenberghe et al., 2015a). Te grote partikels worden niet opgenomen. Zo kon men voor microplastics groter dan 10µm geen translocatie vanuit het spijsverteringsstelsel naar de hemolymfe van strandkrabben aantonen (Watts et al., 2014). Bovendien zouden andere fysische eigenschappen zoals vorm en lading van microplastics 13