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塑膠已成為地球的一部分,科學家與考古學家對談未來

作者: 基爾大學(Keele University)環境科學高級講師 Sharon George

我們知道塑膠已經成為現代人日常難分難捨的一部分,但是您是否想過,塑膠不僅存在於生活用品,更正深入海底與地下,成為地球與地質足跡的一部分?這樣的塑膠,將把人類的生活與我們的環境改變成何種模樣?

地球上已累積了難以消化的大量塑膠垃圾。

地球上已累積了難以消化的大量塑膠垃圾。

這篇文章原載於 The Conversation 網站的 Head to Head 系列,這個系列邀請來自不同領域的學者們針對時事對談,正面交鋒。以下是基爾大學(Keele University)的科學專家雪倫·喬治(Sharon George)與萊斯特大學(University of Leicester)的考古學家麥特·艾其沃思(Matt Edgeworth)一同針對塑膠議題進行精采對談。

雪倫·喬治:塑膠如今已經深入我們的日常生活。從 50 年代以來,估計我們已經生產了數十億噸的塑膠,且其中大部分都沒有回收。

塑膠透過海洋、河川和空氣遍及世界各地。在河流和海洋中,塑膠能夠漂流極遠的距離,因此今天不管在海洋表面還是最深的海溝中,都能夠在洋流中直接找到塑膠。

目前我們仍不清楚塑膠在這些環境中會存留多長的時間,但可以肯定的是,絕對會比使用塑膠的人壽命更長,而且總塑膠量仍在不停積累。這樣的環境衝擊就與二氧化碳含量上升一樣,都是人為所造成。沒有任何回收計畫和海洋清理工作可以完全消除我們留下的痕跡。塑膠是一道疤痕,希望它能警告後代世人,不永續的過度消費行為是何等愚蠢。

麥特·艾其沃思:除了透過空氣、河川和洋流傳播外,塑膠也進入了土壤、垃圾掩埋場和深海沉積物中。因此,它們正滲透到地下的岩石和泥漿層所構成的地層中,從而成為考古和地質記錄的一部分,它們將不僅存在明顯可見的地表環境,也將進入地下層中

在一些地底環境中,塑膠製品極有可能石化,也就是材料本身可能會腐爛或溶解,但其外部形狀會像模型一樣留存下來,然後成為一個外殼般被其他礦物填充。因此,我們所熟悉的一般塑膠製品(例如吸管或寶特瓶)可能會留存下來,在地底下留下不只是數百年,而是上百萬年的痕跡。

這些塑膠製品都可能成為未來的化石。

這些塑膠製品都可能成為未來的化石。

塑膠的歷史

雪倫·喬治:早在西元前 1200 年,人們便開始使用天然材料製成的聚合物,例如奧爾梅克人(Olmec)用乳膠和植物藤蔓萃取物製造橡膠,到 1840 年代,人們使用硫磺來對橡膠進行硫化處理,增加其穩定度,以製造輪胎。

另外有一種類似的天然乳膠材料叫做 gutta-percha,人類從 1800 年代中期開始使用這種早期的熱塑性塑料,使電報線可以被完全密封,放置在海底。其他類似現代塑料的天然聚合物則是由纖維素製成,纖維素是木材中的天然聚合物,例如在 1870 年開發的 parkesine 被用於生產賽璐珞,製作電影膠片。

但一直到 20 世紀,塑膠才真正開始大量出現。 1907年,李奧·貝克蘭(Leo Baekeland)發明了第一種由化石燃料製成的合成塑膠:人造樹膠(bakelite)。這些革命性的塑膠易於成型,可以快速量產。它們極受歡迎、價格便宜並且持久耐用,發展的步伐因此更加快速,到 1935 年,其他如聚苯乙烯、聚酯纖維、PVC、聚乙烯和尼龍等聚合物,全都使用化石燃料來製造。

人造樹膠(bakelite)材料樣品,1924 年。

人造樹膠(bakelite)材料樣品,1924 年。

麥特·艾其沃思這真是一段關於現代材料塑膠的精彩歷史總結。但是身為一名考古學家,我認為塑膠的發展是更久遠、更廣泛的技術趨勢之一,這股趨勢可追溯到約二萬年前一直到「新材料」在地層中首次出現的這段期間。

「新材料」的特徵就是其地質的新穎性,在早期的沉積岩中找不到他們。它們是由人類創造出來,而非自然形成,在地球長達 45 億年的歷史中前所未見。這其中首先出現的是陶瓷,然後是磚瓦、玻璃、金屬合金、混凝土以及紙張等。看一眼今天的隨便一個垃圾堆,你會在大量丟棄的物品中發現這全部種類的新材料。

塑膠或許是其中相對新的發明,但也一樣是人為製造材料日益多樣化趨勢中的一部分,這些材料最終都會歸於塵土。

我們所掩埋的塑膠

雪倫·喬治:儘管它們具有相對的新穎性和持久性,我們仍不斷地在生產塑膠,並將之丟棄在環境中。據信有史以來人類製造的 83 億噸塑料中,約有 80% 仍存在環境中

麥特·艾其沃思:絕大部分的塑膠廢棄物被傾倒在垃圾掩埋場,讓人類「眼不見為淨」。我們在海洋中看到的塑膠垃圾其實是冰山一角,只是能見度比較高罷了。

讓我舉一個例子。在我老家附近的南貝德福德郡(Bedfordshire)有多個採石場轉成的掩埋場,現在都變成低矮的人工小山丘。從 1980 年代開始,一些古老的泥礦坑(其中一些寬達一公里、深達 55 公尺)就地變成了倫敦及其他周邊城鎮的垃圾掩埋場。即使坑都滿了,還繼續堆填進更多垃圾,堆積成了丘陵。

如果站在這些新造山丘中最高的山頂上,在最底處是過去的採石場,其向上超過 65 公尺高密密實實的垃圾掩埋物就位在你的腳下。美國相同年代的垃掩埋場分類時,發現塑膠佔總體積 20% 到 24%,在地面壓實後也有約 16%,假設這個地方垃圾的塑膠比例也相同,就相當於 10 公尺厚的塑膠層。

韓國非法的塑膠垃圾掩埋場。

韓國非法的塑膠垃圾掩埋場。

同時,垃圾掩埋物常常不會乖乖待在原處。例如,有成千上萬的垃圾掩埋場位處低地,因此有遭海水侵襲的風險,尤其若考慮氣候變遷與即將上升的海平面,海水侵襲的風險就更高。沿岸侵蝕、河水氾濫和海嘯等都會破壞垃圾掩埋場,較重的垃圾會留下,但是像塑膠等較容易移動的材質便會被帶走。因此海洋中有大量的塑膠垃圾是來自被淹沒的垃圾掩埋場。

逸散到自然環境中

雪倫·喬治:塑膠一旦從垃圾掩埋場逸出,將繼續裂解成較小的碎片,它會被鳥類和魚類等生物攝取,並進入飲用水。微塑膠和奈米微粒已經出現在我們的食物鍊自來水中

我們尚不完全清楚攝入奈米塑膠將對人體健康造成什麼危害,但隨著塑膠量的增加,我們暴露於塑膠污染的風險程度也勢必提升,特別是對依賴在高度污染的區域捕魚為生的人們。

這些污染對野生動植物來說是嚴重的浩劫,動物們時常被塑膠纏住,或者誤食塑膠,大約有 90% 的海鳥都曾誤食塑膠。每年我們都傾倒約 800 萬噸的廢棄物到海洋中,除非停止這樣的模式,否則問題將益發嚴重。

印尼四王群島(Raja Ampat)的海洋受塑膠污染。

印尼四王群島(Raja Ampat)的海洋受塑膠污染。

麥特·艾其沃思:但是,如今人們都將注意力集中在塑膠對河流與海洋造成的危害,認為將塑膠廢棄物倒入垃圾掩埋場是一種爭議較小的作法,但這難道就不危險了嗎?便宜行事地將塑膠掩埋在視線之外,忽略未來它可能會再釋放回更廣泛的環境中的事實,我們是否只是把問題留給後代子孫?我們難道不該對土地上的塑膠廢棄物問題投以同樣的關注,就如同對水中廢棄物一樣重視?

雪倫·喬治:是的,我們對塑膠在地面和在水中的危害都應該投以同樣的關注。人們可能會認為將塑膠封存在垃圾掩埋場,就代表它會一直在那裡待到最終降解,我認為這是危險的。

塑膠需要多久才能「分解」

麥特·艾其沃思:一般咸認塑膠會在數百年或更短的時間內腐爛,但是針對這點,還需要更多的科學研究證實。海洋中的塑膠似乎很可能會較迅速地裂解成微粒,進入食物鏈,或者成為海底的沉積物。

但是,埋在地下的塑膠可能會存在更長的時間。考古學研究顯示,許多現代垃圾掩埋場被密封得非常嚴實,甚至能保護其中的物質免受侵蝕力的影響,等於是把垃圾做成了木乃伊。雨水、陽光與空氣都無法滲透,於是裂解過程通常在約 20 年後就會減緩。在這種人為保護的環境中,紙張和塑膠等材料留存的時間都可能長得令人意外。

雪倫·喬治:深海環境中的低溫、弱光(能防止光降解)和高壓,也被認為具有保護作用。但是,垃圾掩埋場不也可以保留這些廢棄物嗎?只要想到未來的考古學家能夠發現我們今天使用的日常物品和小工具,就讓人覺得十分神奇。

麥特·艾其沃思:說到這個,最近新墨西哥州一座垃圾掩埋場進行的挖掘工作中,在約 10 公尺深處,發現了 1983 年 Atari 電腦遊戲的塑膠遊戲機、包裝盒以及熱縮塑膠包裝,它們埋在地底下 30 年卻幾乎沒有分解的跡象!這些沒有被粉碎的遊戲機居然還可以玩,最後並在 eBay 上以數千美元的價格出售

新墨西哥州的垃圾掩埋場中發現塑膠製的電腦遊戲包裝。

新墨西哥州的垃圾掩埋場中發現塑膠製的電腦遊戲包裝。

回收其實沒有用

雪倫·喬治:儘管塑膠很耐用,我們卻以一次性的方式使用塑膠。塑膠的回收再用工作也已被證實有嚴重缺陷,因為廢棄物供應鏈並不如表面上完整。

2020 年稍早有報導指出,英國將大約半數的回收廢棄物運往國外,卻沒有對實際處理狀況做足檢查。這些處理系統中存在許多詐欺行為,讓人們擔心廢棄物並沒有真正回收再利用,而是被傾倒在垃圾掩埋場、河流和海洋中。英國廢棄物出口商送出大量受污染且毫無價值的混合廢棄物,用欺騙的方式取得回收物憑證,然後再次將憑證出售。

很顯然,目前的回收系統是行不通的。我們必須停止使用塑膠,或者在處理塑膠廢棄物上找到更永續的替代途徑。近來消費者已更加了解塑膠對環境的衝擊,並願意接受改變,但目前我們有的選項仍然有限。

塑膠垃圾進入生態環境,而且難以分解,必須從源頭減量以及找到永續的替代途徑。

塑膠垃圾進入生態環境,而且難以分解,必須從源頭減量以及找到永續的替代途徑。

麥特·艾其沃思:是的,我們必須探索可能的替代方案,例如在道路和房屋建築等大型工程中使用回收塑膠。目前有些看來頗有潛力的專案,正在研究用再生塑膠廢料作為混凝土製造骨料的可行性。

雪倫·喬治:用塑膠廢料來做替代性原料是很不錯的做法。高溫分解是分解塑膠來生產原料一種很好的方式。

我們還可以研發更多新方法來將塑膠更快速地分解為有用的化學成分。一種方法是用酵素來消化塑膠,另外我們已經知道真菌類植物細菌具都喜歡塑膠,可以用它們分解塑膠並利用其中的碳。普茨茅斯(Portsmouth)的科學家曾試圖複製會食用 PET 的細菌所使用的酵素,結果意外產出了一種效率更高的酵素

如此對塑膠進行加工再製,能有助減少廢料變成污染。長遠來看,即使我們不再將這些廢棄物傾倒入環境中,透過人造衣料的洗滌以及輪胎的磨損脫落,我們還是不斷將上百上千萬的塑膠纖維和塑膠微粒排入環境中。

問題在於,一般塑膠實在太便宜了。若抬高價格,讓新生塑膠的價格比回收塑膠還要更高,就可以創造更公平的遊戲規則,因為塑膠的價格應包括真實的下游處置成本。在這樣的情況下,我們就可以提供更好的廢棄物分類和更容易施行的回收系統,防止廢棄物出口。

麥特·艾其沃思:我們都同意,大量生產並丟棄未經回收的塑膠,對其他生物和棲地都會造成無法彌補的傷害。如此大量的塑膠正讓河流和海洋環境窒息,讓許許多多的生命受到威脅;如此大量的塑膠進入地質循環中,本身就發出人類世(Anthropocene)重要的地層訊息。這些塑膠即使未來會分解,分解之前以各種形式散落在海底的塑膠也會在沈積岩中成為痕跡化石(trace fossils)而被保留下來。

我們可以想像,當在幾千萬年後撿起一塊石頭,看到的可能不是舊時海洋生物的貝殼,而是棉花棒、咖啡匙、漁網、CD盒、水瓶和原子筆的形狀……

雪倫·喬治:還有電玩遊戲機。

附註:

  • 雪倫‧喬治為基爾大學(Keele University)環境科學講師,麥特·艾其沃思為萊斯特大學(University of Leicester)考古學名譽研究員
  • 本文原刊登於 The Conversation

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