Occurrence and Distribution of Microplastics in Hydrologically Connected River–Reservoir Systems: Tepeji–Requena and Tula–Endhó, Mexico
本研究は、メキシコ中部における水文学的に連結した2つの河川・貯水池システムにおけるマイクロプラスチックを調査し、貯水池が主に繊維状の汚染物質の蓄積帯として機能していることを明らかにするとともに、マイクロプラスチックの発生を現地の水文学的および水質条件と併せて解釈する必要性を強調している。
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プラスチックは、時間の経過とともに目には見えないほど小さな破片へと分解され、私たちの水路に永続的な居住者として定着してしまいました。科学者たちはこれらの断片をマイクロプラスチックと呼んでおり、それらは今や、最も深い海溝から最も高い山の湖に至るまで、あらゆる場所で見つかっています。初期の研究は主に海洋に焦点を当てていましたが、河川や貯水池が、これらの粒子がどのように移動し、変化し、そして捕捉されるかにおいて極めて重要な役割を果たしていることが明らかになってきました。河川は、都市や農場から海へとプラスチックを運ぶ主要な高速道路として機能していますが、その途上で、貯水池と呼ばれる大規模で流れの緩やかな水域へと流れ込むことがよくあります。これらの貯水池は単なる受動的な貯蔵タンクではありません。その穏やかな水は粒子を流れから沈殿させ、汚染物質が集積するトラップ（罠）として効果的に機能します。流れる速い河川から静かな貯水池へとプラスرチックがどのように移動するかを理解することは、この汚染がどこに行き着くのか、そしてそれが私たちの使用する水や、それに依存する生態系にどのような影響を与えるのかを解明するために不可欠です。
メキシコ中央部において、研究チームは、レケーナ貯水池へと流れ込むテペヒ川と、エンド貯水池へと注ぎ込むトゥラ川という、二つの連結したシステムを通じてこの旅を追跡することにしました。これらの地域は人間活動の影響を強く受けており、メキシコシティの大都市圏や周辺の工業地帯から膨大な量の廃水を受け取っています。科学者たちは、貯水池が、それらに注ぐ河川よりも多くのプラスチックを捕捉する蓄積ゾーンとして機能しているのかどうかを確認し、また、これらの粒子がどのような姿をしており、何でできているのかを理解したいと考えました。これを行うために、彼らは河川と貯水池の両方から水サンプルを採取し、水をろ過して微細な粒子を捕らえ、化学処理を用いて葉や藻類のような有機物を溶かし去り、プラスチックだけを残しました。その後、彼らは強力な顕微鏡の下でそれらの残骸を観察して数と大きさを測定し、特殊なレーザー技術を用いて、ボトル、包装、あるいは衣類などに使用されているものといった、特定の種類のプラスチックを特定しました。
研究者たちが見出したものは、極めて小さいものに支配された風景でした。テストされたすべての水域において、最も豊富な粒子は非常に小さな断片であり、その多くは人間の髪の幅よりも小さかったのです。より大きなプラスチック片は稀でしたが、水の中は微細な破片や繊維で溢れていました。研究は、貯水池が確かにトラップとして機能していることを明らかにしましたが、それはすべての種類の粒子に対して同じように作用するわけではありませんでした。合成繊維の衣類などに由来する微細なプラスチック繊維の濃度は、水が河川から貯水池へと移動するにつれて著しく上昇しました。テペヒ川では、水1リットルあたり約4,000本の繊維がありましたが、この数は連結しているレケーナ貯水池では約8,000本に跳ね上がりました。この影響は二番目のシステムにおいてさらに劇的でした。トゥラ川には1リットルあたり約6,000本の繊維が含まれていましたが、エンド貯水池には驚くべきことに1リットルあたり14,000本の繊維が含まれていました。このことは、貯水池のより緩やかな流れが、軽量で細長い繊維をそのまま通り抜けさせるのではなく、沈殿させ蓄積させることを示唆しています。
プラスチックの組成もまた、その起源についての物語を伝えていました。レーザー分光法を用いて、チームはポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリアミド（PA）といった一般的なプラスチックを特定しました。これらは水ボトルや食料品の袋から、合成衣類やロープに至るまで、あらゆるものに使用されている材料です。分析の結果、粒子はこれらの材料の混合物であることが分かりましたが、二つのシステムの間には顕著な違いがありました。トゥラとエンドの地点からのサンプルには、他のものよりも融点が低いことで知られるポリエチレンの相対的な割合が高くなっていました。この化学的な違いは、研究者が強力なレーザーパルスで水サンプルをテストした際に重要であるように見えました。トゥラとエンドのシステムからのサンプルは、特定のエネルギーレベルにおいて、レーザーが光を透過させる方法に突然の変化を示すという、異なる反応を示しました。この反応は、ポリエチレンの濃度が高いことが、粒子をレーザーが発生させる熱に対してより敏感にし、他のシステムの粒子よりも容易に軟化させたり状態を変化させたりさせたために起こったと考えられます。
プラスチックそのもの以上に、これらのシステムにおける水は、二つの全く異なる環境の物語を伝えていました。テペヒとレケーナの地点は、流れる水に典型的な、比較的酸素が豊富でアルカリ性の条件を備えていました。対照的に、エンド貯水池は酸素が乏しく、化学的に還元的な状態、つまり多くの生命を支えるために必要な酸素が不足しており、有機廃棄物で飽和している可能性が高い状態でした。膨大な量の廃水を受け取っているこの貯水池は、最も高い濃度のマイクロファイバーを保持し、最も極端な化学的条件を備えていました。研究者たちは、貯水池が明らかにプラスチックを捕捉している一方で、その方法は粒子の種類や現地の水条件に依存していることを指摘しました。研究は、化学的環境がプラスチックを堆積させたことを証明したわけではありませんが、これらの貯水池が、汚染、水質、および水文学が相互作用する複雑な受け入れゾーンであることを示しました。
この研究はまた、この汚染を研究する上での大きな課題も浮き彫りにしました。それは、粒子のサイズが極めて重要であるということです。研究者たちが1マイクロメートルもの微細な粒子まで調査したため、より大きな破片のみを対象とした研究よりも、何桁も高い濃度が見つかりました。もし研究が100マイクロメートルより大きい粒子のみをろ過する場合、水中に存在するプラスチックの大部分を見逃してしまうことになります。これは、プラスチック汚染に関するこれまでの推定値が、大幅に過小評価されている可能性があることを意味します。微細な繊維や断片がこれほど高い数で存在していることは、水が肉眼で見えるよりもはるかに汚染されていることを示唆しています。研究は、プラスチック汚染の真のリスクを理解するためには、科学者は粒子の全範囲を考慮に入れ、河川と貯水池が一つのシステムとしてどのように機能しているかを検討しなければならないと結論付けています。貯水池は単にプラスチックを保持しているだけでなく、特に除去が困難で摂取されやすい微細な繊維を濃縮しており、私たちの水資源の測定方法や管理方法について新たな思考を必要とする、隠れた汚染の貯蔵庫となっているのです。
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