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MEDIO AMBIENTE. La contaminación por microplásticos está en todas partes. Un estudio revela cómo viaja

 

Fuente: Unsplash / CC0 Public Domain

La contaminación plástica es omnipresente en la actualidad, con partículas microplásticas de productos desechables que se encuentran en entornos naturales en todo el mundo, incluida la AntártidaPero no se comprende bien cómo se mueven esas partículas y se acumulan en el medio ambiente. 

Ahora, un estudio de la Universidad de Princeton ha revelado el mecanismo por el cual los microplásticos, como la espuma de poliestireno, y las partículas contaminantes se transportan a largas distancias a través del suelo y otros medios porosos, con implicaciones para prevenir la propagación y acumulación de contaminantes en las fuentes de agua y alimentos.

El estudio, publicado en Science Advances el 13 de noviembre, revela que las  se atascan cuando viajan a través de materiales porosos como el suelo y los sedimentos, pero luego se liberan y, a menudo, continúan moviéndose sustancialmente más rápido. Identificar este proceso de parar y reiniciar y las condiciones que lo controlan es nuevo e importante. Anteriormente, los investigadores pensaban que cuando las micropartículas se atascaban, generalmente permanecían allí, lo que limitaba la comprensión de la propagación de partículas y el daño ecológico asociado.

Los investigadores de Princeton demostraron que el proceso de deposición o formación de obstrucciones y erosión, su ruptura, es cíclico. Las obstrucciones se forman y luego se rompen por la presión del fluido a lo largo del tiempo y la distancia, moviendo las partículas más a través del espacio poroso hasta que las obstrucciones se vuelven a formar.

Se ha observado una dinámica fría de partículas que se atascan, obstruyen, acumulan depósitos y luego son empujadas, y cómo ese proceso permite que las partículas se esparzan en distancias mucho mayores de lo que se pensaba hasta ahora.

Para probar la existencia real de esta dinámica, los investigadores probaron dos tipos de partículas, "pegajosas" y "no pegajosas", que se corresponden con los tipos reales de microplásticos que se encuentran en el medio ambiente. Sorprendentemente, encontraron que no había diferencia en el proceso en sí; es decir, ambos siguen obstruidos y destapados a presiones de fluido suficientemente altas. La única diferencia fue dónde se formaron los grupos. Las partículas "no pegajosas" tendían a atascarse sólo en pasajes estrechos, mientras que las pegajosas parecían poder quedar atrapadas en cualquier superficie del medio sólido que encontraran. Como resultado de esta dinámica, ahora está claro que incluso las partículas "pegajosas" pueden extenderse por áreas extensas y por cientos de poros.


Esquema de configuración experimental. Los experimentos se realizan utilizando medios porosos 3D compuestos de perlas de vidrio de diámetro d entre 38 y 45μm, densamente empaquetados dentro de capilares de cuarzo cuadrados de paredes delgadas con una longitud de sección transversal w = 1 mm. Se inyecta una suspensión coloidal diluida que contiene partículas de diámetro p = 1 μm   a través del espacio de los poros con una caída de presión impuesta fija. Las partículas fluorescentes se visualizan a escalas que van desde la de los poros individuales hasta el medio poroso general, utilizando microscopía confocal.






En el artículo, los investigadores describen el bombeo de micropartículas de poliestireno fluorescente y fluido a través de un medio poroso transparente desarrollado en laboratorio, y luego observaron el movimiento de las micropartículas bajo un microscopio. El poliestireno es la micropartícula de plástico que forma la espuma de poliestireno, que a menudo se esparce en el suelo y las vías fluviales a través de los materiales de envío y los contenedores de comida rápida. Los medios porosos que crearon imitan de cerca la estructura de los medios naturales, incluidos los suelos, los sedimentos y los acuíferos subterráneos.

Por lo general, los medios porosos son opacos, por lo que no se puede ver qué están haciendo las micropartículas o cómo fluyen. Los investigadores generalmente miden lo que entra y sale de los medios e intentan inferir los procesos que ocurren en el interior. Al hacer medios porosos transparentes, los investigadores superaron esa limitación.


La investigación ha demostrado cómo los plásticos, representados aquí como partículas verdes, viajan largas distancias en el suelo y otras sustancias a través de un proceso de atascarse repetidamente y luego liberarse. Crédito: Universidad de Princeton / Datta Lab

El estudio mostró que aunque las micropartículas de poliestireno se atascaron en algunos puntos, finalmente se liberaron y se movieron a lo largo de todo el medio durante el experimento. El objetivo final es utilizar estas observaciones de partículas para mejorar los parámetros de modelos a mayor escala para predecir la cantidad y ubicación de la contaminación. 

La investigación puede ayudar a informar modelos matemáticos para comprender mejor la probabilidad de que una partícula se mueva a una cierta distancia y llegue a un destino vulnerable, como una tierra de cultivo, un río o un acuífero cercanos. 

Los investigadores también estudiaron cómo la deposición de partículas microplásticas impacta la permeabilidad del medio, incluida la facilidad con la que el agua para riego puede fluir a través del suelo cuando hay micropartículas presentes.

Un mayor conocimiento también ayudará a los investigadores a comprender cómo implementar nanopartículas diseñadas para remediar los acuíferos de agua subterránea contaminados, quizás filtrados de una planta de fabricación, granja o corriente de aguas residuales urbanas.

Más allá de la mejora ambiental, los hallazgos son aplicables a procesos en un amplio espectro de industrias, desde la administración de medicamentos hasta los mecanismos de filtración, en cualquier  donde las partículas fluyan y se acumulen.

Fuente: Multiscale dynamics of colloidal deposition and erosion in porous media, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.abc2530 , advances.sciencemag.org/content/6/46/eabc2530

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