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Procurando pelo plástico

Modelagem das dinâmicas de fragmentação e dispersão do plástico no oceano

Henrique de Medeiros Back

Prof. Dr. Orestes Alarcon (Orientador)

Prof. Dr. Gean Salmória (coorientador)

A ampla contaminação dos oceanos por plásticos é um problema real e a perspectiva é de agravamento.

O foco desta pesquisa é entender o que acontece com o plástico nos oceanos, sobretudo quais são os compartimentos de maior acúmulo, o tempo que permanecem lá e a forma em que se encontram.

Problema

Problema

O balanço de massa

O balanço de massa

O volume estimado de emissão de plásticos para o oceano (JAMBECK et al., 2015) difere em grande medida do que é de fato encontrado lá (ERIKSEN et al., 2014). Parece haver uma fração enorme de plástico "perdido".

Os vieses

Os vieses

"Pra onde vai o plástico?"

"Porque não encontramos todo o plástico?"

Há uma distinção entre aquilo que está de fato no oceano e aquilo que é quantificado e entra para os modelos globais de distribuição. Assim, surge um segundo problema que se dá pela incerteza nas medidas e pela introdução de viés nos método de detecção.

  • Tradição positivista - Pesquisa visa descrever os fenômenos

  • Realidade objetiva e passível de ser conhecida

  • Paradigma dominante e se reflete na metodologia

Suposições e Paradigmas

Suposições e Paradigmas

Contexto

Contexto

Fontes emissoras - é fator importante para a determinação dos destinos e para a formulação das ações de prevenção.

Destinos

Impactos - as avaliações de risco e impacto ambientais se baseiam nos dados e modelos dos destinos do plástico.

Revisão da Literatura

  • Literatura recente mas extensa
  • Teve início com THOMPSON et al. em 2004 (Lost at sea: Where is all the plastic?")
  • 800 publicações só em 2019 (ZHOU et al., 2021)
  • Transpassa muitas disciplinas desde a toxicologia até a economia com enfoque nas ciências da terra, química e engenharias

Revisão da literatura

Destinos

O balanço de massa:

* THOMPSON et al., 2004

* JAMBECK et al., 2015; GEYER et al., 2017

* ERIKSEN et al., 2014; CÓZAR et al., 2014 e van Sebille et al. 2015

Destinos

Sumidouros

* KOOI, 2020; PORTER et al., 2018

* GIGAULT et al., 2016

* LEBRETON et al., 2018 e 2019

Detecção

Variações espaço-temporais

* BROWNE et al., 2015; FISNER et al., 2017; UNDERWOOD et al., 2017; VAN SEBILLE et al., 2020;

Detecção

Dificuldades metodológicas

*GESAMP 2019; HIDALGO-RUZ, et al., 2012; ROCHA-SANTOS & DUARTE, 2015; WATKINS et al., 2021; WAY et al., 2021

Noosfera

Fonte: ZHOU et al., 2021

Observações e Argumentos

Temas e questões evidentes na literatura

Quais são as principais limitações das observações e as lacunas de conhecimento que permanecem? Qual a sua importância?

Observações e argumentos

Emissão

  • Polímeros naturais acompanham o desenvolvimento de todas as sociedades humanas
  • Produção em massa de plásticos (sintéticos) não biodegradáveis e hábitos de consumo imobilizam os sistemas de gestão de resíduos

Dispersão

Dispersão

  • Acúmulo acontece nos solos, relacionado à agricultura
  • No ar, por partículas oriundas do desgaste e do oceano
  • Distribuição é heterogênea no oceano
  • LEBRETON et al., 2018 e 2019 indicam acúmulo nos giros e na costa

Fragmentação

  • 1 sacola pode dar origem a milhões de partículas (BRANDON et al., 2016)
  • Degradação -> Fragilização -> Fragmentação
  • Evidências de degradação por ação enzimática

Impactos

  • Macro - emaranhamento e obstrução do trato digestivo
  • Micro - toxicidade
  • Concentração e composição são parâmetros fundamentais, mas barreiras ao entendimento
  • Prejuízos aos ecosssitemas
  • JAMBECK et al., 2015 emissões pela má gestão de resíduos a até 50 km da costa (1/4 da população mundial) - ao menos 4,8 Mt

  • GEYER et al., 2017 fornecem um detalhamento do ciclo de vida global dos plásticos

  • THOMPSON et al., 2004; LAW et al. 2010 não verificaram acúmulo histórico após os anos 70/80

  • ERIKSEN et al., 2014; CÓZAR et al., 2014 e van Sebille et al. 2015 estimaram até 250 mil toneladas, com limitações: falta de dados, tamanho e local

Balanço de massa

O (des)balanço de massa

Dificuldades metodológicas

Dificuldades metodológicas

  • Variações espaço-temporais e falta de monitoramento

  • Método de amostragem e falta de comparabilidade (WATKINS et al., 2021)

  • Método de processamento e identificação e falta de comparabilidade

Sumidouros

  • Densidade - afundamento
  • Marine snow / microplastic smog
  • Biofilmes - Ups and downs
  • Ingestão - animais
  • Nanofragmentação
  • Acúmulo na costa

Sumidouros

Hipótese:

Hipótese de pesquisa

“Não é possível equilibrar o balanço de massa no oceano pois a abordagem experimental é afetada por vieses metodológicos pouco estudados e não pela degradação completa dos polímeros no mar.”

Teoria e conceitos

Teoria e Conceitos

Quais teorias e conceitos vão fundamentar a pesquisa?

Biogeoquímica

Biogeoquímica

  • Reconhecidamente úteis para mapear os fluxos e transformações do carbono, do nitrogênio e da água. É aplicado a contaminantes como o mercúrio.
  • BANK & HANSSON, 2019 sugerem sua utilização para os plásticos, mas advertem para a diversidade de materiais

"… um movimento contínuo e complexo de material plástico entre diferentes compartimentos ecossistêmicos, bióticos e abióticos, incluindo humanos”

  • Há um conjunto finito de propriedades, intempéries, processos de degradação e de transporte

O ciclo biogeoquímico do plástico

Metanálise

  • Ferramenta de organização metódica - sistemática

  • Importante na consolidação de novos conhecimentos

  • Revisão sistemática = qualitativa

  • Metanálise = quantitativa, permite correlação entre parâmetros e aponta causalidade

Dinâmica de Sistemas

Dinâmica de sistemas

Objetivos e Métodos

Objetivos e Métodos

Objetivo geral:

- Desenvolver um modelo dinâmico do processo de fragmentação e dispersão de plásticos em ambientes marinhos fundamentado na teoria de degradação de polímeros e nas limitações da abordagem empírica a fim de aprimorar o balanço de massa dos plásticos no oceano

From macro to nanoplastics - transformations of size and other properties in environmental plastics

Artigo 1

Objetivos específicos:

1) Identificar os compartimentos onde plásticos já foram detectados e as tendências de acúmulo;

2) Identificar as propriedades dos plásticos que sejam relevantes para a sua dispersão no oceano;

3) Identificar os processos de degradação polimérica relevantes nos ambientes marinhos;

1. Realizar uma revisão sistemática da literatura considerando o destino dos polímeros na natureza.

Revisão Sistemática

  • Definir a hipótese de pesquisa.
  • Definir fontes de dados: Scopus + Clean ups
  • Definir termos de busca: TITLE-ABS-KEY("microplastic" AND "sampl*" AND (ocean* OR sea OR marine)) AND NOT KEY (effect OR toxic*) AND ( EXCLUDE ( DOCTYPE,"re" ) )
  • Desenvolver critérios para incluir estudos
  • Buscar por estudos que tratem da pergunta de pesquisa
  • Filtrar estudos com base nos critérios definidos
  • Knowledge discovery in databases

2. Estudar as fontes de emissão e os processos de dispersão dos plásticos no oceano.

Estudo das propriedades na dispersão

  • Será feito de maneira livre, ou seja, não sistemática, buscando publicações relevantes nas bases de dados e da maneira mais abrangente possível;
  • Serão apontadas as propriedades dos materiais que exercem influência sobre eles.

3. Estudar a teoria de degradação/fragmentação de polímeros.

  • Será feito de maneira livre e maior atenção será dada aqueles processos que têm relevância para a degradação no mar.

Estudos dos processos de degradação

A meta-analysis on the biases introduced by sampling and identification methods in microplastics research

Artigo 2

Objetivos específicos

4) Realizar uma meta-análise baseada na literatura de (1) considerando os compartimentos amostrados, as metodologias empregadas e as concentrações e características dos plásticos encontrados.

5) Realizar análise crítica sobre os resultados da metanálise comparando-os com os do modelo proposto, a fim de identificar gaps de conhecimento e vieses metodológicos.

6) Apontar correlações inesperadas que podem indicar vieses nos métodos de amostragem e detecção.

7) Propor hipóteses que possam ser verificadas em estudos futuros.

4. Realizar uma meta-análise baseada na literatura de (1)

Metanálise

  • Considerar: os compartimentos amostrados, as metodologias empregadas e as concentrações e características dos plásticos encontrados.
  • Metodologia Knowledge discovery in databases

5. Realizar análise crítica sobre os resultados da metanálise.

Análise crítica

  • Verificar ou propor relações causais a partir da análise correlacional da etapa anterior
  • Identificar gaps de conhecimento e vieses metodológicos

Visualizing the flow of plastics along industrial and natural cycles

Artigo 3

Objetivos específicos

7) Elaborar modelo teórico de fragmentação e dispersão dos plásticos no oceano com base nos achados dos artigos 1 e 2 utilizando a dinâmica de sistemas;

8) Aplicar o modelo proposto a alguns plásticos que tenham grande volume emitido ao oceano, que apresentem elevado risco ambiental e/ou cujo destino é conhecido de forma escassa.

7. Elaborar modelo teórico de fragmentação e dispersão dos plásticos no oceano.

  • Com base nos achados dos Artigos 1 e 2
  • Utilizando a dinâmica de sistemas

Elaboração do modelo

8. Aplicar o modelo proposto a alguns plásticos

  • Dar preferência àqueles que tenham grande volume emitido ao oceano, que apresentem elevado risco ambiental e/ou cujo destino é conhecido de forma escassa

Aplicação do modelo

Cronograma

Cronograma de trabalho

Contribuições

Contribuições

Resultado -

Modelo dinâmico de fragmentação e dispersão dos plásticos no oceano

CONTRIBUIÇÕES

  • Melhorar aproximações do balanço de massa

  • Direcionar esforços de amostragem

  • Definir parâmetros reportados nas amostragens

  • Definir características descritas dos micro e nanoplásticos

STAKEHOLDERS

FABRICANTES

REPRESENTANTES PÚBLICOS

PESQUISADORES DE ÁREAS CORRELATAS

PESQUISADORES DA ÁREA

CLEAN UPS

INDÚSTRIA BIOBASED

SOCIEDADE EM GERAL

INDÚSTRIA PETROQUÍMICA

STAKEHOLDERS

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