【研究成果】海洋塑膠微粒正悄悄侵蝕生命骨幹、消耗生態活力

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【研究成果】海洋塑膠微粒正悄悄侵蝕生命骨幹、消耗生態活力

塑膠微粒(PE)使得珊瑚骨骼中的霰石(aragonite)逐漸被不穩定的無定形碳酸鈣(amorphous CaCO3)取代。

 

撰稿  / 許芷辰(科學推展中心特約編輯)


 

海洋中的珊瑚礁生態圈孕育著豐富的物種多樣性。然而,這幾年塑膠微粒也成為海洋汙染中的一大問題。國立中山大學化學系謝淑貞特聘教授與其研究團隊發現,塑膠微粒會破壞珊瑚礁骨骼結構穩定性,並將其發表於國際期刊《Environmental Chemistry Letters》,反映了塑膠污染對海洋生態的深遠影響。

 

塑膠微粒不只污染海洋,還悄悄侵蝕珊瑚骨骼

在清澈的熱帶海域,珊瑚礁生態圈被譽為海洋的「熱帶雨林」,珊瑚礁不只是美麗的海底風景,更是孕育無數生物的搖籃。然而,近年來,除了海洋酸化、溫度上升,塑膠微粒正成為一個新的威脅。國立中山大學化學系謝淑貞特聘教授與其研究團隊發現,塑膠微粒不僅能夠影響珊瑚的生長,還可能改變其骨骼結構,降低穩定性,甚至加速溶解。這項發現發表於《Environmental Chemistry Letters》,反映了塑膠污染對海洋生態的深遠影響。
實驗設計:如何測試塑膠微粒對珊瑚的影響?

首先,研究團隊選擇紫皮珊瑚(Briareum violacea)作為實驗觀察對象,模擬其在不同濃度的聚乙烯(PE)塑膠微粒環境下的生長情形。為了研究塑膠微粒對珊瑚骨骼的影響,團隊在實驗室中建立海水實驗箱,並且使用不同濃度的聚乙烯(PE)塑膠微粒(顆粒大小40-48 μm),將珊瑚分別暴露於0、5、10、50、100與300 mg/L的塑膠微粒濃度下,並持續浸泡7天。

接著,為了分析珊瑚骨骼的變化,研究團隊使用 X射線繞射分析(X-ray diffraction, XRD)來檢測珊瑚骨骼中的碳酸鈣晶體結構,並採用電感耦合電漿體質譜儀(Inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)測量海水中釋放的鈣離子濃度,以評估珊瑚骨骼的溶解程度。此外,研究人員透過紫外-可見光光譜分析(UV-Vis Spectroscopy),監測海水中因珊瑚溶解而釋放的有機物變化,揭示受塑膠微粒汙染的珊瑚礁骨骼相較於健康的珊瑚礁更容易溶解。

X射線繞射結果:珊瑚骨骼晶體結構的變化

健康的珊瑚骨骼主要由兩種碳酸鈣晶體組成:方解石(calcite)與霰石(aragonite)。然而,XRD圖譜顯示,隨著塑膠微粒濃度增加,方解石與霰石的特徵繞射峰逐漸減弱(如圖一a),意即方解石與霰石在珊瑚骨骼結構中逐漸減少。
 

【研究成果】海洋塑膠微粒正悄悄侵蝕生命骨幹、消耗生態活力

圖1. a. 隨著塑膠微粒濃度增加,方解石與霰石的特徵繞射峰逐漸減弱。b. 健康珊瑚的骨骼呈現清晰的繞射訊號(紅色:霰石,黑色:方解石)。然而,在受到塑膠微粒污染的珊瑚中,這些繞射的強度明顯減弱。

 

(如圖一b)當塑膠微粒濃度達到5 mg/L時,霰石晶體的訊號明顯下降,而當濃度達到10 mg/L時,霰石幾乎完全消失,取而代之的是不穩定的無定形碳酸鈣(amorphous calcium carbonate)。這種晶體轉變使得珊瑚骨骼的硬度與穩定性降低,使得珊瑚結構變得脆弱。
ICP-MS分析:塑膠微粒加速珊瑚骨骼溶解

為了量化珊瑚骨骼的溶解程度,研究團隊使用電感耦合電漿體質譜儀(Inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)測量海水中的鈣離子濃度(如圖二)。在沒有塑膠微粒的情況下,健康珊瑚在240分鐘內僅釋放約9.5 mg/L的鈣離子(圖二中間健康珊瑚 – 圖二左邊純海水)。然而,在300 mg/L塑膠微粒的環境中,海水中的鈣離子濃度竟然飆升至459.2 mg/L,相比於未受污染的珊瑚,其溶解速度增加了7.4倍。這意味著,塑膠微粒不僅影響骨骼的結構,也加速了珊瑚的結構溶解。

 

 
【研究成果】海洋塑膠微粒正悄悄侵蝕生命骨幹、消耗生態活力

圖2. 用ICP-MS測量海水總鈣離子濃度。

 

科學的呼籲:守護生態,刻不容緩

這項研究首次證實,塑膠微粒可以直接影響珊瑚骨骼的晶體成分,使其從穩定的霰石與方解石轉變為更易溶解的無定形碳酸鈣。這種變化可能會使珊瑚更難以適應環境變化,增加因氣候變遷與海洋酸化導致的珊瑚白化與死亡風險。珊瑚礁的健康不僅關乎海洋生態系統,也與全球漁業與沿海經濟息息相關,一旦珊瑚礁退化,將導致整個生態系鏈條受到影響,進而影響到人類的食物來源與經濟活動。這不僅是一場海洋生態的危機,更是一場關乎人類未來的環境挑戰。我們能否改變現況,將取決於今天的行動。是時候減少塑膠污染、制定相關政策,一同守護這片你我的家。減少塑膠污染、加強環保政策與推動永續發展,已經不再只是口號與選擇,而是責任與使命。


 

參考文獻

[1] Lin, PY., Hsieh, SL., Ding, DS. et al. Microplastics alter crystal growth in coral skeleton structures. Environ Chem Lett 23, 7–11 (2025). https://doi.org/10.1007/s10311-024-01790-8