농작물에 관개하거나 식수를 제공하기 위해 개울과 강물을 우회시키는 것은 미세플라스틱(microplastic)이 바다로 흘러 들어가기 전에 강 유역에서 보내는 시간을 크게 연장시킬 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다.

영국의 버밍엄대학교(University of Birmingham)가 이끄는 국제 과학자 그룹팀은 『워터 리서치(Water Research)』에 연구 결과를 발표하면서 관개 목적을 위한 강물 전환 측면에서 물관리가 미세플라스틱 운송에 미치는 영향을 강조했다.

이러한 변화는 강에서 유출된 물이 작은 플라스틱 입자를 다른 수로나 인근 유역으로 다시 흘려보낼 수 있는 농지에 분산시키면서 바다를 향한 오염물질의 흐름 추정에 상당한 영향을 미칠 수 있다는 것이다.

연구팀은 미국 콜로라도의 두 쌍의 강인 볼더 크릭(Boulder Creek)과 덜 도시화된 지류 사우수 볼더 크릭(South Boulder Creek)을 연구했다. 미세플라스틱 부하뿐만 아니라 지역 미세플라스틱 농도의 업스트림 프로파일(up-to-downstream profiles)에 대한 도시화 및 흐름 변화의 영향을 평가했다. 입자의 흐름 가중 다운스트림 전송을 나타낸다.

버밍엄대학교(University of Birmingham)의 안나 쿠콜라(Anna Kukkola) 연구원은 “우리는 강 유역의 도시화 정도와 관찰된 강의 미세플라스틱 농도 사이의 강력한 연관성을 발견했으며, 인간 활동으로 인해 이 산악 유역에서 미세플라스틱이 즉시 증가한 방법을 강조했다”라고 말했다.

연구자들은 두 강의 미세플라스틱 농도 패턴이 집수 도시화 정도와 관련이 있음을 발견했다. 두 하천의 데이터는 미세플라스틱 농도와 도시화 사이의 연관성을 시사한다. 사우수 볼더 크릭다 퇴적물이 많았고 도시화된 지역을 지날수록 하류 방향으로 미세플라스틱 농도가 증가했다.

수석 저장인 안나 쿠콜라(Anna Kukkola) 연구원은 특히 “이 연구의 핵심 참신함은 미세플라스틱 플럭스의 정량화를 위해 여기에서 처음으로 사용된 로딩 방식을 적용하여 미세플라스틱 공급원을 식별할 뿐만 아니라 미세플라스틱 수송 패턴의 다운스트림 진화를 결정할 수 있게 했다는 것입니다. 강 유역에서 미세 플라스틱을 전환하는 경우도 있다”고 강조했다.

공동 저자인 미국 지질조사국(United States Geological Survey)의 롭 런켈(Rob Runkel)은  “미세플라스틱에 대한 이러한 결과는 더 도시화된 볼더 크릭 유역에서 3배에서 9배 더 많은 하중을 보고 있는 염화물과 같은 다른 도시 파생 요소에 대한 우리의 결과와 일치한다”라고 덧붙였다.

또한 국제 연구팀은 두 하천의 흐름 전환의 규모로 인해 각 하천에서 많은 양의 미세플라스틱이 제거되고 실제 집수지 밖으로 운반된다는 사실을 발견했다. 그들은 연구된 두 강에서 초당 500개 이상의 미세플라스틱 입자(또는 시간당 180만 개)의 흐름 전환을 통해 미세 플라스틱 제거를 측정했다.

2012년에는 북미에서만 241㎦의 물이 농업용으로 전환되었으며, 전 세계적으로 2천670㎦가 전환되었다. 연구자들은 연구의 >63μm 입자 임계값을 기반으로 한 보수적인 추정치를 사용하여 매년 약 41조 개의 미세플라스틱 입자가 강 네트워크에서 북미 지역의 육상 환경으로 재분배될 수 있다고 추정했다. 전 세계적으로 1조 개의 입자가 재분배되고 있다.

공동 저자이자 수석연구원인 버밍엄대학교의 스테판 크라우스(Stefan Krause) 교수는 “강 네트워크를 따라 미세플라스틱 플럭스의 수렴. 따라서 우리의 현재 모델은 강 유역에 보관된 플라스틱의 양과 체류 시간을 과소 평가하고 미세 플라스틱이 바다로 운반되는 속도를 과대 평가할 수 있다”고 논평했다.

독성 평가는 현재 연구의 초점이 아니었지만, 공동저자인 버밍엄대학교의 아이설트 린치 교수(Iseult Lynch)는 “이 연구의 결과는 수생 및 육상 환경과 생태계에 대한 생태독성 영향을 추정하는 것과 매우 관련이 있다”라면서 “향상된 지상 체류 시간으로 인해 (심각한) 노출이 발생한다”고 역설했다.

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River diversions may cause microplastics to remain longer in streams before reaching oceans

Diverting streams and rivers to irrigate crops or provide drinking water may significantly extend the time microplastics spend in river catchments before they flow into our oceans, a new study reveals.

Publishing their findings in Water Research, an international group of scientists led by the University of Birmingham, highlight the impact of water management in terms of river diversions for irrigation purposes on microplastic transport.

These diversions can have significant impact on the estimates of the pollutant’s flow towards our oceans, with the diverted water from rivers dispersing the tiny plastic particles across farmland from where they may be flushed back into other watercourses or neighbouring catchments.

The research team studied two paired rivers in Colorado, United States - the Boulder Creek and its less urbanised tributary South Boulder Creek - evaluating the effects of urbanisation and flow diversions on the up-to-downstream profiles of local microplastic concentrations as well as microplastic loads, indicating the flow-weighted downstream transport of particles.

Anna Kukkola - University of Birmingham said : “We discovered strong links between the degree of urbanisation in the river catchment and observed river microplastic concentrations, highlighting how human activities resulted in immediate increase in microplastics in this mountainous catchment.”

The researchers found that microplastic concentration patterns in both rivers were related to the degree of catchment urbanisation: Data from both streams suggests a link between microplastic concentration and urbanisation, as microplastic concentrations in Boulder Creek with a more urbanised catchment were higher in both surface water and sediment than in South Boulder Creek, and microplastic concentration increased in downstream direction when passing more urbanised areas.

Lead author Anna Kukkola, from the University of Birmingham, commented: “We discovered strong links between the degree of urbanisation in the river catchment and observed river microplastic concentrations, highlighting how human activities resulted in immediate increase in microplastics in this mountainous catchment.

“A key novelty of this study is the application of the loading approach which is used here for the first time for the quantification of microplastics fluxes and enabled us to not only identify microplastic sources but also determine the downstream evolution of microplastic transport patterns and in this case also the diversion of microplastics out of the river catchment.”

Co-author Rob Runkel, from the United States Geological Survey, added: “These results for microplastics are consistent with our results for other urban-derived elements such as chloride, where we are seeing 3 to 9 times more loading in the more urbanized Boulder Creek watershed.”

The international team furthermore discovered that the magnitude of flow diversions from both streams resulted in large quantities of microplastic being removed from each stream and being transported out of their actual catchment. They measured microplastic removal through flow diversions of over 500 microplastic particles per second (or 1,800,00 per hour) from the two rivers studied.

To put this into perspective: In 2012, 241 km3 of water were diverted for agricultural purposes in North America alone with 2,670 km3 having been diverted globally. By using conservative estimates based on the >63 μm particle threshold of their study, the researchers estimated that this could result in around 41 trillion microplastic particles being redistributed out of river networks into the terrestrial environment in North America every year, with as many as 459 trillion particles being redistributed globally.

Co-author and Principal Investigator Professor Stefan Krause, from the University of Birmingham, commented: “How we manage our streams and rivers can have a substantial impact on the transport of microplastics, yet these effects have not been incorporated into global models that assume downstream convergence of microplastic fluxes along river networks. Our current models may, therefore, underestimate the quantities and residence times of plastics held in river catchments and overestimate the speed with which microplastics are transported into our oceans.”

While toxicity assessment was not a focus of the current study, co-author Professor Iseult Lynch from the University of Birmingham noted: “The results of this study are highly relevant for estimating ecotoxicological impacts on aquatic and terrestrial environments and ecosystems, with enhanced terrestrial residence times resulting in extended (chronic) exposures.”

[출처=버밍엄대학교(University of Birmingham)(https://www.birmingham.ac.uk/news/2023/diversions-may-cause-microplastics-to-remain-longer-on-land-and-in-streams-before-reaching-oceans) / 2023년 6월 5일]