The problem of microplastics in the marine environment - El problema de los microplásticos en el ambiente marino.

Plastics are polymers. The most widely produced and consumed types of polymers are polypropylene, low-density polyethylene, high-density polyethylene, polyvinyl chloride, polyurethane, polyethylene terephthalate (also known as polyester) and polystyrene. This diversity of polymers has been necessary to satisfy the many applications of plastics. For example, low-density polyethylene is too flimsy to be used in water bottles, so polyester is used instead. Low-density polyethylene is often used in single-use shopping bags, food packaging and films. In addition to bottles, polyester is produced in fiber form to make synthetic clothing.

Los plásticos son polímeros. Los tipos de polímeros más producidos y consumidos son el polipropileno, el polietileno de baja densidad, el polietileno de alta densidad, el cloruro de polivinilo, el poliuretano, el tereftalato de polietileno (también conocido como poliéster) y el poliestireno. Esta diversidad de polímeros ha sido necesaria para satisfacer las numerosas aplicaciones de los plásticos. Por ejemplo, el polietileno de baja densidad es demasiado endeble para ser utilizado en botellas de agua, por lo que se utiliza el poliéster en su lugar. El polietileno de baja densidad se utiliza a menudo en las bolsas de la compra de un solo uso, en los envases de alimentos y en las películas. Además de en las botellas, el poliéster se produce en forma de fibra para fabricar ropa sintética.

After use, plastic waste accumulates everywhere on the planet, in aquatic environments it is found in lakes, rivers and oceans. It has been estimated that 275 million metric tons of plastic waste were generated in 192 coastal countries in 2010, that between 4.8 and 12.7 million metric tons entered the ocean, and predictive models estimate that 15 to 40 % more will enter by 2025.

Luego de su uso, los residuos plásticos se acumulan en todas partes del planeta, en entornos acuáticos se encuentran en los lagos, ríos y océanos. Se ha calculado que en el año 2010 se generaron 275 millones de toneladas métricas de residuos plásticos en 192 países costeros, que entre 4,8 y 12,7 millones de toneladas métricas llegaron al océano y modelos predictivos estiman que ingresarán entre un 15 y 40 % más en el año 2025.

Credits/créditos: Bianco & Passananti (2020) (Sustainability) CC BY 4.0.

Plastics waste can be classified by size into macroplastics, microplastics (> 5 millimeters) and nanoplastics (< 0.1 micrometers). Larger pieces of plastic originate both on land and in the sea.

Los residuos plásticos se pueden clasificar por su tamaño en macroplásticos, microplásticos (> 5 milímetros) y nanoplásticos (< 0,1 micrómetros). Los trozos de plástico más grandes, se originan tanto en tierra como en el mar.

Credits/créditos: A_Different_Perspective (Pixabay) public domain; Plastic Pollution Coalition (Flickr) CC BY 2.0; NOAA Marine Debris Program (Flickr) CC BY 2.0.

Many species ingest macroplastics, for example, pieces of plastics with the characteristics of hard fragments and balls of threads have been found in the gastrointestinal tract of the northern fulmar, and plastic debris has also been found in the black-legged kittiwake.

Muchas especies ingieren macroplásticos, por ejemplo, en el fulmar norteño se han encontrado en su tracto gastrointestinal piezas de plásticos con características de fragmentos duros y bolas de hilos, y en la gaviota tridáctila también se han encontrado restos de plásticos.

Credits/créditos: Dawn Beattie (Wikimedia Commons) CC BY 2.0; DickDaniels (Wikimedia Commons) CC BY-SA 3.0.

"Microplastics" is a catch-all term for a variety of chemical compounds, not a single compound or type of material. They are diverse and come from many different types of products, incorporate a broad range of sizes, colors and morphologies; they are composed of various polymers and include a broad array of chemical additives.

"Microplásticos" es un término que engloba una variedad de compuestos químicos, no es un único compuesto o tipo de material. Son diversos y proceden de muchos tipos de productos diferentes, incorporan una amplia gama de tamaños, colores y morfologías; se componen de varios polímeros e incluyen una amplia gama de aditivos químicos.

Credit/crédito: Oregon State University (Flickr) CC BY-SA 2.0.

Plastic trash degrades and converts into microplastic particles. Microplastics are abundant and widespread in the marine environment. In the marine environment, microplastics are largely produced by the weathering and fragmentation of plastic litter on beaches by ultraviolet irradiation, temperature changes and physical movements, and then transported by wind, waves and currents. Atmospheric and oceanic transport carries microplastics to locations far from the sources, such as in Arctic sea ice.

La basura plástica se degrada y convierte en partículas microplásticas. Los microplásticos son abundantes y están muy extendidos en el medio marino. En el ambiente marino, los microplásticos se producen en gran medida por la meteorización y la fragmentación de la basura de plástico en las playas por la irradiación ultravioleta, los cambios de temperatura y los movimientos físicos, para luego ser transportados por el viento, las olas y las corrientes. El transporte atmosférico y oceánico lleva a los microplásticos a lugares alejados de las fuentes, como en el hielo marino del Ártico.

Many species ingest macro, micro and nano plastic, and documented ingestion includes mammals, seabirds, turtles, a wide variety of fish and invertebrates; in particular, microplastics particles are small enough to be ingested by animals. In relation to this, I show below a series of photographs I found in the literature of marine species in which microplastics ingestion has been evidenced.

Muchas especies ingieren plástico macro, micro y nano, y la ingesta documentada incluye mamíferos, aves marinas, tortugas, una amplia variedad de peces e invertebrados; especialmente, las partículas microplásticas son lo suficientemente pequeñas como para ser ingeridas por los animales. En relación con esto, muestro a continuación una serie de fotografías que encontré en la literatura de especies marinas en las que se ha evidenciado el consumo de microplásticos.

Credits/créditos: Goldstein & Goodwin (2013) (PeerJ) CC BY 3.0.

Credits/créditos: Hans Hillewaert (Wikimedia Commons) CC BY-SA 4.0; Hara & Nash (2020) (Marine Pollution Bulletin) CC BY 4.0.

It should be noted that the crustacean Nephrops norvegicus is a species widely distributed commercially for human consumption.

Cabe destacar que el crustáceo Nephrops norvegicus es una especie ampliamente distribuida comercialmente para consumo humano.

Credits/créditos: Ericsfr (Wikimedia Commons) CC BY-SA 4.0; Rainer Zenz (Wikimedia Commons) CC BY 3.0; Jean-Lou Justine (Wikimedia Commons) CC BY-SA 4.0; Dinh D. Tran (Wikimedia Commons) CC BY 3.0.

Credits/créditos: Citron (Wikimedia Commons) CC BY-SA 3.0; Reinold et al. (2021) (Marine Pollution Bulletin) CC BY 4.0.

In the European sea bass fish, microplastics ingestion has not only been evidenced in wild specimens but also in specimens cultured in aquaculture facilities.

En el pez róbalo no solo se ha evidenciado la ingestión de microplásticos en ejemplares salvajes sino también en ejemplares cultivados en instalaciones de acuicultura.

Exposure of individual aquatic organisms to microplastics can have a negative impact on feeding, growth, reproductive capacity or survival, due to, for example, blockage of feeding structures or reduced consumption of prey. The most consistent effect has been a reduction in the consumption of natural prey when microplastics were present. Organisms may directly ingest microplastics particles actively, for example, due to confusion with potential prey.

La exposición de los organismos acuáticos individuales a los microplásticos puede tener un impacto negativo en la alimentación, el crecimiento, la capacidad reproductiva o la supervivencia, debido, por ejemplo, al bloqueo de las estructuras de alimentación o a la reducción del consumo de presas. El efecto más consistente ha sido la reducción del consumo de presas naturales cuando había microplásticos. Los organismos pueden ingerir directamente partículas de microplásticos de forma activa, por ejemplo, debido a la confusión con presas potenciales.

Once consumed or ingested, microplastics remain in the digestive tract of aquatic organisms for periods of days to weeks before excretion. This retention time allows the transfer of microplastics both up the food web and to new geographic locations.

Una vez consumidos o ingeridos, los microplásticos permanecen en el tracto digestivo de los organismos acuáticos durante periodos de días a semanas antes de su excreción. Este tiempo de retención permite la transferencia de microplásticos tanto hacia arriba en la red alimentaria como hacia nuevas localizaciones geográficas.

Organisms that serve as prey to larger predators, for example, zooplankton, are particularly susceptible to the negative impacts of exposure to microplastics pollution, with ramifications throughout the food web.

Los organismos que sirven de presa a los depredadores más grandes, por ejemplo el zooplancton, son particularmente susceptibles a los impactos negativos de la exposición a la contaminación por microplásticos, con ramificaciones en toda la red alimentaria.

Zooplankton is a crucial food source for many secondary consumers, and thus represents a route by which microplastics enter the food web and move up the trophic levels. It should be noted that zooplankton is an important food source for many commercially important fishes.

El zooplancton es una fuente de alimento crucial para muchos consumidores secundarios, por lo que representa una vía por la que los microplásticos entran en la red alimentaria y ascienden en los niveles tróficos. Es de hacer notar que el zooplancton es una fuente de alimento importante para muchos peces de importancia comercial.

Credits/créditos: Dr. Matthew Cole (Scientific Reports) CC BY 4.0; Nelms et al. (2018) (Environmental Pollution) CC BY 4.0.

In the following video (49 seconds), you can see zooplankton filmed eating microplastics.

En el siguiente video (49 segundos), se puede apreciar a zooplancton filmado comiendo microplásticos.

Researchers have observed that exposure of the copepod Centropages typicus to natural algal assemblages with and without microplastics showed that 7.3 micrometer microplastics significantly decreased algal feeding, implying that marine microplastics can have a negative impact upon zooplankton function and health.

Investigadores han observado que la exposición del copépodo Centropages typicus a conjuntos naturales de algas con y sin microplásticos mostró que los microplásticos de 7,3 micrómetros disminuyeron significativamente la alimentación de las algas, lo que implica que los microplásticos marinos pueden tener un impacto negativo en la función y la salud del zooplancton.

Credits/créditos: Daniel J. Drew (Global Biodiversity Information Facility) CC0 1.0; Susanna Knotz (Plankton Net) CC BY 2.5; nilos78 (Plankton Net) CC BY 3.0.

It is important to highlight an investigation carried out in which plastic fragments, films, foams and monofilaments were recovered from the digestive tract of various species of fish and shellfish sold for human consumption in local fish markets and/or by fishermen in Indonesia and the United States. This raises concerns regarding human health. The authors of the research provided supplementary material with images of plastics debris found in marine species sold for human consumption. In the following figure I show a compilation of them.

Es importante destacar una investigación realizada en la que se recuperaron del tracto digestivo de diversas especies de pescados y mariscos expendidos para consumo humano en pescaderías y/o por pescadores en Indonesia y Estados Unidos, fragmentos, películas, espumas y monofilamentos de plástico. Esto plantea inquietudes con relación a la salud humana. Los autores de la investigación suministraron un material suplementario con imágenes de los residuos plásticos encontrados en las especies marinas vendidas para el consumo humano. En la siguiente figura muestro una recopilación de ellos.

Credits/créditos: Rochman et al. (2015a) (Scientific Reports) CC BY 4.0; Rochman et al. (2015b) (Plankton Net) CC BY 4.0.

It should be noted that wastewater treatment plants, which discharge into rivers, are an important component of the flow of terrestrially derived plastic particles into the marine environment. Macroplastics can enter river systems diffusely from litter, such as food wrappers, plastic bottles and plastic cutlery, and provide a diffuse source of microplastics.

Cabe comentar que las plantas de tratamiento de aguas residuales, que vierten en los ríos, son un componente importante del flujo de partículas de plástico de origen terrestre hacia el medio ambiente marino. Los macroplásticos pueden entrar en los sistemas fluviales de forma difusa a partir de la basura, como los envoltorios de alimentos, las botellas de plástico y los cubiertos de plástico, y proporcionar una fuente difusa de microplásticos.

Credits/créditos: Windsor et al. (2019) (Science of The Total Environment) CC BY 4.0.

Among riverine macroinvertebrates taxa, in freshwater ecosystems, the presence of microplastics has been found in insects of the families Baetidae, Hydropsychidae and in greater abundance in Heptageniidae.

Entre taxones de macroinvertebrados fluviales, en ecosistemas de agua dulce, se ha encontrado la presencia de microplásticos en insectos de las familias Baetidae, Hydropsychidae y en mayor abundancia en Heptageniidae.

On the other hand, associated hazards include, in addition to the physical components, persistent, bioaccumulative and toxic chemicals, with adverse effects such as a decrease in fish populations.

Por otro lado, peligros asociados incluyen además de los componentes físicos, el de sustancias químicas persistentes, bioacumulativas y tóxicas, con efectos adversos como el decremento de poblaciones de peces.

Exposure to microplastics can adversely affect an organism's gene expression, survival or reproductive output. The extent to which microplastics cause harm to an organism depends on the type of polymer, size, shape and associated chemical mixtures. Some types of polymers are more harmful than others depending on their component monomers or chemical additives. Some polymers may be carcinogenic or mutagenic based on their chemical ingredients (for example, polyvinyl chloride or polyurethane). In addition, elongated or irregularly shaped microplastics have a higher sorption capacity, which may lead to the accumulation of harmful chemicals that may be transferred to organisms that ingest microplastics. Nanoplastics are of particular concern from a toxicity standpoint because of their potential ability to transfer between the tissues and cells of organisms.

La exposición a los microplásticos puede afectar negativamente a la expresión genética, la supervivencia o el rendimiento reproductivo de un organismo. La medida en que los microplásticos causan daños a un organismo depende del tipo de polímero, el tamaño, la forma y las mezclas químicas asociadas. Algunos tipos de polímeros son más dañinos que otros en función de los monómeros que los componen o de los aditivos químicos. Algunos polímeros pueden ser cancerígenos o mutagénicos en función de sus ingredientes químicos (por ejemplo, el cloruro de polivinilo o el poliuretano). Además, los microplásticos alargados o de forma irregular tienen una mayor capacidad de absorción, lo que puede conducir a la acumulación de sustancias químicas nocivas que pueden ser transferidas a los organismos que ingieren microplásticos. Los nanoplásticos son especialmente preocupantes desde el punto de vista de la toxicidad debido a su capacidad potencial de transferencia entre los tejidos y las células de los organismos.

Marine plastic debris can be a source of plastic material for recycling. However, the collection of marine plastic waste is more complicated than that of municipal waste because microplastics on the surface and bottom of the sea are difficult to detect and collect. Mechanical recycling of marine plastic waste is also more challenging than recycling of land-based waste because marine waste can contain a considerable amount of sand, salt, shells, algae and marine plants, some even stuck to the surface of the waste.

Los residuos plásticos marinos pueden ser una fuente de material plástico para el reciclaje. Sin embargo, la recogida de residuos plásticos marinos es más complicada que la de los residuos municipales debido a que los microplásticos de la superficie y el fondo del mar son difíciles de detectar y recoger. El reciclaje mecánico de los residuos plásticos marinos también supone un mayor reto que el reciclaje de los residuos terrestres porque los residuos marinos pueden contener una cantidad considerable de arena, sal, conchas, algas y plantas marinas, algunas incluso pegadas a la superficie de los residuos.

However, more and more efforts are being made to collect marine plastic waste, and research is being carried out for future selective recycling, such as on the morphological changes and recyclability of polyethylene terephthalate bottles and their high-density polyethylene caps collected from oceans and seashores that have spent years in a marine environment by using standard tests modeling an oceanic environment, with the further goal of examining the possible mechanical recycling of weathered waste with the help of manufacturing experiments.

No obstante, cada vez se hacen más esfuerzos para recoger los residuos plásticos marinos, y en tal sentido se están realizando investigaciones para un futuro reciclaje selectivo, como por ejemplo en los cambios morfológicos y la posibilidad de reciclar las botellas de tereftalato de polietileno y sus tapas de polietileno de alta densidad recogidas en los océanos y las costas que han pasado años en un entorno marino mediante el uso de pruebas estándar que modelan un entorno oceánico, con el objetivo adicional de examinar el posible reciclaje mecánico de los residuos erosionados con la ayuda de experimentos de fabricación.

Simulation tests showed that over a period of 3 to 4 years of exposure in a marine environment the polyethylene terephthalate bottle material is damaged as a result of ultraviolet radiation, the molecular chains get shorter but degradation slows with time, and the high density polyethylene caps on the bottles are damaged but not enough to let water into the bottle, which would cause the bottle to sink.

En los ensayos de simulación realizados se comprobó que en un periodo de 3 a 4 años de exposición en un entorno marino el material de las botellas de tereftalato de polietileno se daña como consecuencia de la radiación ultravioleta, las cadenas moleculares se acortan pero la degradación se ralentiza con el tiempo, y las tapas de polietileno de alta densidad de las botellas se dañan pero no lo suficiente como para que entre agua en la botella, lo que provocaría su hundimiento.

In relation to processing technologies with the weathered material, five were tested in which filaments were successfully manufactured and used for 3D printing, filaments were granulated and used for injection moulding and extruding sheets, and thermoformed samples were produced from the sheets. Injection moulding suggested to be an excellent choice for recycling.

En relación con las tecnologías de procesamiento con el material deteriorado se probaron cinco en las que se fabricaron con éxito filamentos que se utilizaron para la impresión 3D, se granularon los filamentos y se utilizaron para el moldeo por inyección y la extrusión de láminas, y se produjeron muestras termoformadas a partir de las láminas. El moldeo por inyección sugirió ser una excelente opción para el reciclaje.

Credits/créditos: Ronkay et al. (2021) (Waste Management) CC BY 4.0.

Innovation in different areas could help change plastic use patterns in the future, however, they are not a solution to spreading waste, while prevention, waste management and public awareness are, and more so now that one of the most serious environmental effects of the pandemic is the sudden increase in demand and use of plastic products, and plastic waste production is expected to increase after the pandemic due to hygiene concerns and the recovery of economic activity.

La innovación en distintos ámbitos podría ayudar a cambiar los patrones de uso del plástico en el futuro, no obstante, no son una solución a esparcir desperdicios, mientras que la prevención, el manejo de desechos y la conciencia pública, sí. Y más ahora que uno de los efectos medioambientales más graves de la pandemia es el repentino aumento de la demanda y el uso de productos de plástico, y además se espera que la producción de residuos plásticos aumente después de la pandemia debido a la preocupación por la higiene y la recuperación de la actividad económica.

Credits/créditos: Setyaki Irham (Unsplash) CC0; Brian Yurasits (Unsplash) CC0.

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