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楼主: 福岛311

把一根烟头埋进土里,然后认认真真等它十年

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 楼主| 发表于 昨天 00:52 | 显示全部楼层
同样的事情发生在了烟蒂身上。草地土壤里的真菌网络“认出”了烟蒂是一种含碳的有机基质,虽然是一种极不寻常的、被塑料铠甲包裹的有机基质。它们将菌丝伸入烟蒂纤维之间的缝隙,开始从土壤中向烟蒂输送氮。
当氮的锁被打开,事情开始加速。到第五年,草地土壤中的烟蒂质量损失达到了81%。核磁共振分析显示,不仅乙酰基团被大量去除,纤维素本身也在被大规模降解。显微观察下,原本整齐排列的纤维已经变得模糊不清,取而代之的是一种无定形的有机基质,混杂着微生物代谢的痕迹。
而同一时间,在实验室里不接触任何土壤的烟蒂,只损失了大约50%的质量,它们的乙酰基团也几乎被完全去除了,但在微观中纤维结构依然清晰可辨,和新鲜烟蒂几乎没有区别。

 楼主| 发表于 昨天 00:52 | 显示全部楼层
铠甲拆了,但没有人来进攻。因为没有土壤提供氮,微生物始终吃不饱,无法发动对裸露纤维素的全面攻击。它们完成了去乙酰化这一步,然后就停在了那里。
同样的烟蒂,同样的十年。一边有大地滋养,被真菌网络接纳,被微生物群落一棒接一棒地分解;另一边孤孤单单,没有土壤,没有氮源,铠甲被拆了但纤维素依然完好,像一座被攻破了城墙却空无一人的城池。
现实中,绝大多数烟蒂的命运更接近后者。它们落在柏油路,卡在路砖缝,冲进下水道,飘到海滩上。那些地方没有肥沃的草地土壤,没有真菌网络,没有人给它们送氮。
就那样躺着,年复一年。

 楼主| 发表于 昨天 00:52 | 显示全部楼层
烟蒂在不同环境中的变化|参考文献1

 楼主| 发表于 昨天 00:53 | 显示全部楼层
毒性的反转,时间越长没有越安全
但这不只是一个关于“塑料降解很慢”的老故事,研究者们还发现了一些更令人不安的东西。
在这十年间,他们定期取出烟蒂样本,将其浸泡在水中制成浸出液,然后用五种不同的生物来测试这些浸出液的毒性,包括发光细菌、绿藻、水蚤、水螅、高粱。
五种生物,五种不同的生命形式,从微生物到植物到无脊椎动物。
直觉告诉我们,烟蒂的毒性应该随着时间推移而持续下降。毕竟尼古丁会被冲走,挥发性物质会散逸,有毒化合物会被微生物分解。时间越长,似乎应该越安全。

 楼主| 发表于 昨天 00:53 | 显示全部楼层
头几个月的数据确实如此。新鲜烟蒂的毒性最高,尤其是对发光细菌和水蚤,几乎达到了让一半测试生物死亡或丧失功能的浓度。随着分解进行,尼古丁和其他可溶性毒物被快速释放和降解,毒性在前半年内急剧下降。
然后分解进行到中期的时候,毒性曲线改变了趋势。
它回升了。
在对藻类的毒性分析中,出现了一个清晰的第二毒性高峰,虽然达不到最初的峰值,但确实存在五年左右重新攀升。

 楼主| 发表于 昨天 00:53 | 显示全部楼层
经过时间洗礼的部分烟头,对水藻的生长抑制作用却更高一点点|参考文献1

 楼主| 发表于 昨天 00:54 | 显示全部楼层
这是因为一些顽固的有毒化合物难以被微生物分解,比如吡啶衍生物、某些塑料相关的短链化合物,它们随着分解过程而逐渐累计,随着烟蒂的总质量减小,这些残留的毒物在剩余基质中的浓度反而升高了。
这就像拧一块浸满脏水的海绵。一开始拧出来的水最多、最脏。但当海绵越拧越小,最后那几滴挤出来的反而是渗透最深、最难去除的污渍。
十年之后呢?毒性确实又降低了,但并没有降到零。
十年,三千六百天。经历了完全的去乙酰化,经历了大规模的纤维素降解,经历了微生物群落的数次更迭。一根烟蒂的浸出液,对某些测试生物仍然表现出可以被统计学检测到的毒性效应。与完全不含烟蒂浸出液的对照组相比,差异依然显著。
十年,还不够让一根烟蒂变得无害。

 楼主| 发表于 昨天 00:54 | 显示全部楼层
变形,以更隐蔽的污染形态嵌入土壤
最后一次取样是在第3600天。
当研究者把在草地土壤中埋了十年的烟蒂放到显微镜下时,他们看到了一种从未被描述过的东西。
那些纤维变形了。原本直径15到25微米的醋酸纤维素纤维,现在完全卷曲、折叠,彼此紧紧压实在一起,形成了一个个规则的球形结构。每个球体的直径大约6微米。它们的表面覆盖着一层碳酸钙,钙离子来自土壤之中。在元素分析中,这些球体呈现出有机物与矿物质交织的信号,碳、氧、钙的分布彼此重叠。
研究者称它们为“球粒体(Spherulites)”。

 楼主| 发表于 昨天 00:54 | 显示全部楼层
球粒体的微观图像|参考文献1

 楼主| 发表于 昨天 00:55 | 显示全部楼层
这是一种前所未见的结构。烟蒂的塑料纤维没有被彻底矿化为二氧化碳和水,而是在微生物的分解作用和土壤矿物质的参与下,被重新组装成了一种紧密的有机-矿物复合体。
球粒体在形态上很像土壤中的一些混合物,但它们不是土壤,它们是塑料。
更准确地说,它们是一种新型的微塑料,是由生物降解和矿物化学作用共同塑造的、具有规则形态的二次微塑料。直径6微米,比原始纤维更小,结构更致密,而且被碳酸钙包裹着,可能比裸露的塑料纤维更难被进一步降解。
烟蒂没有消失,它变形了,以一种我们此前完全不知道的方式嵌入了土壤。
我们一直在讨论微塑料污染,海洋里的、河流里的、饮用水里的,但这里揭示的是一种不同的路径。
一根烟蒂在土壤中被微生物“消化”了十年,质量减少了84%,看起来几乎“降解”了。但剩下的16%没有变成无害的二氧化碳和水,而是变成了一种全新的、更隐蔽的污染形态,与土壤基质紧密结合,可能极难被检测、被分离、被清除。
大地把烟蒂吞了下去,包裹起来藏在了自己体内。

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