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미세플라스틱(microplastic)은 처음부터 의도적으로 작은 크기로 제조되었거나 기존 플라스틱 제품이 풍화 과정을 겪으면서 미세화 된 1 ㎛–5 ㎜ 크기의 플라스틱을 말한다. 미세플라스틱은 해양 환경 중에 널리 분포하고 있을 뿐만 아니라, 다양한 해양 생물 체내에서 발견되고 있다. 미세플라스틱 오염은 최신 국제환경현안 문제의 하나로, 관리와 저감의 필요성이 증대되고 있다. 미세플라스틱 오염을 줄이기 위해서는 기본적으로 오염 현황과 특성에 대한 이해가 필요하다. 해양 환경 중 미세플라스틱의 오염 현황 및 특성 연구는 전세계적으로 다양한 매질을 대상으로 수행되어오고 있지만 아직도 연구가 부족한 부분이 많다. 본 연구에서는 미세플라스틱이 우리나라 강에서부터 ...

미세플라스틱(microplastic)은 처음부터 의도적으로 작은 크기로 제조되었거나 기존 플라스틱 제품이 풍화 과정을 겪으면서 미세화 된 1 ㎛–5 ㎜ 크기의 플라스틱을 말한다. 미세플라스틱은 해양 환경 중에 널리 분포하고 있을 뿐만 아니라, 다양한 해양 생물 체내에서 발견되고 있다. 미세플라스틱 오염은 최신 국제환경현안 문제의 하나로, 관리와 저감의 필요성이 증대되고 있다. 미세플라스틱 오염을 줄이기 위해서는 기본적으로 오염 현황과 특성에 대한 이해가 필요하다. 해양 환경 중 미세플라스틱의 오염 현황 및 특성 연구는 전세계적으로 다양한 매질을 대상으로 수행되어오고 있지만 아직도 연구가 부족한 부분이 많다. 본 연구에서는 미세플라스틱이 우리나라 강에서부터 대륙붕과 심해저에 퇴적되는 과정의 다양한 환경에서 오염 현황과 특성을 파악하고자 하였다. 아울러 강을 통한 미세플라스틱의 해양 유입량 산정, 주변 환경 요인과의 비교를 통한 해안에 표착된 미세플라스틱의 기원 추정, 외해역 해수 중 미세플라스틱의 수직 분포 특성과 해양응집체의 수직이동 기여 규명, 과거 육상 폐기물의 해양 배출이 해저 퇴적물 중 미세플라스틱 오염에 미친 영향을 함께 평가함으로써 미세플라스틱의 유입과 거동에 대한 부분도 일부 포함하여 규명하고자 하였다.
낙동강의 표·중층수 및 퇴적물 내 미세플라스틱의 시공간 분포와 특성을 파악하기 위해 푸리에 변환 적외선 분광기(Fourier transform infrared spectroscopy)를 이용하여 작은 크기의 미세플라스틱(<20 ㎛)까지 분석하였다. 낙동강 미세플라스틱의 평균 풍도(abundance) 범위는 293±83 particles/㎥(2월, 상류)–4,760±5,242 particles/㎥(8월, 하류)이었고, 퇴적물에서 1,970±62 particles/㎥이었다. 표층수의 풍도는 중층수보다 약 3배 높았다. 낙동강 물에서는 폴리프로필렌과 폴리에스터가 각각 41.8%와 23.1%를 차지한 반면, 퇴적물에서는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌이 약 50%를 차지하여 두 매질은 서로 다른 폴리머 조성을 보였다. 크기가 300 ㎛ 이하인 미세플라스틱은 물에서 74%, 퇴적물에서 81%를 차지하였고, 두 매질 모두 동일하게 50–150 ㎛ 크기 범위에서 최고 풍도를 보였다. 기존의 강 미세플라스틱 시료를 채취할 때 주로 사용되는 방법인 만타 트롤 네트(망목 크기: 300 ㎛)로는 미세플라스틱 오염이 과소평가 될 수 있음을 확인하였다. 이 결과를 바탕으로, 2017년에 5조 4천억–11조 개, (53.3–118톤)의 미세플라스틱이 낙동강을 통해 해양으로 유입된 것으로 계산되었다. 이 중 표층과 표하층을 통한 이동은 각각 8%, 92%였고, 개수로는 71%, 무게로는 81%가 우기에 집중되어 유입되는 것으로 나타났다. 이 결과는 미세플라스틱의 계절 변동, 표층 및 표하층 농도를 함께 고려하지 않는다면 유입량이 과소 혹은 과대평가될 우려가 있으므로, 강을 통한 미세플라스틱의 유입량 추정 시 이러한 요소들을 반영할 필요성이 있음을 의미한다.
우리나라 해안의 미세플라스틱 오염분포 및 특성을 규명하는 연구는 20개 모래 해안에서 수행하였다. 국내 20개 해변의 모래 중 대형미세플라스틱(L-MPs; 1–5 mm)과 소형미세플라스틱(S-MPs; 0.02–1 mm)의 풍도 범위는 각각 0–2,088 particles/㎡와 1,400–62,800 particles/㎡이었다. 모든 크기 범위 중 100–150 ㎛ 크기 범위에서 미세플라스틱이 최대 풍도를 보였고, 300 ㎛ 이하의 미세플라스틱은 전체 풍도의 81%를 차지하였다. L-MPs는 발포스티렌(expanded polystyrene)이 95%로 극우점 하였던 반면, S-MPs는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 각각 49%, 38%로 우세하였다. 발포스티렌을 제외한 L-MPs의 공간 분포는 인구수, 강수량, 강하구와의 근접성, 중대형플라스틱(macroplastic)의 분포와 유의한 상관관계를 보였다. 그러나 S-MPs는 환경 또는 인위적 요인들과는 상관관계를 보이지 않았고, 중대형플라스틱과 발포스티렌을 제외한 L-MPs와 상관관계를 보였다. 이 결과는 S-MPs는 주로 해안 내에서 기존에 표착된 중대형플라스틱의 풍화에 의해 생성되는 반면, L-MPs는 주로 육상에서 유입되고(land-based source) 일부는 해안 내 중대형플라스틱의 풍화에 의해 생성될 수 있음을 보여준다.
해수 중 미세플라스틱의 수직 분포 및 오염 특성을 규명하기 위해 서해, 남해, 동해 외해역의 총 22개 정점에서 수온약층 깊이에 따라 3–6개의 수층 시료를 채취하여 연구를 수행하였다. 또한, 해양응집체 형태로 수층에 존재하는 미세플라스틱을 분석하여 미세플라스틱의 수직 이동에 대한 해양응집체의 기여도를 확인하였다. 표층해수 및 수층의 미세플라스틱의 풍도는 15–9,400 particles/㎥ 범위였고, 미세플라스틱의 정점별 수직 분포에서 일관된 경향성이 관찰되지는 않았다. 외해역에서 해수보다 밀도가 높은 고밀도 폴리머가 높은 비율(73%)로 존재하는 것을 처음을 규명하였고, 미세플라스틱의 밀도가 증가함에 따라 크기가 100 ㎛ 미만인 작은 크기 미세플라스틱의 비율이 증가하는 것을 밝혔다. 이것은 먼 바다로 갈수록 부력이 큰 저밀도의 큰 미세플라스틱 비중이 높을 것이라는 기존의 예상과 달리 작은 크기의 고밀도 폴리머가 높은 비율로 존재하는 것을 의미하고, 해수 중 미세플라스틱을 추출하기 위해서는 고밀도 용액을 사용해 고밀도 폴리머도 분석에 포함시켜야 함을 의미한다. 한편, 해수보다 밀도가 낮은 저밀도 폴리머는 표층뿐만 아니라 모든 수층에서 발견되었다. 저밀도 폴리머를 수층으로 운반하는 중요한 기작인 해양응집체와 응집된 상태로 존재하는 미세플라스틱의 비율은 0–28.6%이며, 평균 3.4%였다. 실험실과 연안에서 관찰된 비율보다는 상대적으로 낮았지만, 외해역에서도 해양응집체가 미세플라스틱의 수직 이동에 기여할 수 있는 것을 현장에서 확인한 사례이다.
우리나라의 서해와 동해에는 1988년부터 2015년까지 육상의 폐기물을 배출했던 3개의 해양투기장이 존재한다. 이 폐기물의 대부분은 미세플라스틱의 주 오염원으로 알려진 산업폐수와 하수 슬러지도 포함되어 있다. 우리나라 외해역 퇴적물 중 미세플라스틱의 기본적인 분포와 특징을 파악하기 위해 서해, 남해 및 동해의 표층 및 시추 퇴적물에서 미세플라스틱의 시공간 분포와 특성을 연구하였다. 또한, 해양투기가 미세플라스틱의 분포에 미친 영향을 파악하기 위해 세 투기장 해역의 퇴적물도 함께 연구하였다. 표층 퇴적물 중 미세플라스틱의 평균 풍도는 동해 투기장(59,457±49,130 particles/kg d.w.), 동해(5,047±9,404 particles/kg d.w.), 서해 투기장(3,965±3,212 particles/kg d.w.), 남해(314±488 particles/kg d.w.), 그리고 서해(288±400 particles/kg d.w.) 순으로 높았다. 동해 투기장과 서해 투기장의 미세플라스틱 풍도는 각각 동해와 서해의 투기장 외 해역보다 14배, 12배 높았고, 폴리머 조성이 더 다양했다. 동해 투기장과 서해 투기장의 시추 퇴적물에서 미세플라스틱의 오염 추세는 해당 해역의 해양 투기량과 잘 일치하였다. 2006년 이후 해양 투기량이 점차 감소하고, 최종적으로 2015년에 투기가 금지됨에 따라 미세플라스틱의 풍도도 감소하였다. 흥미롭게도, 일차 미세플라스틱 (primary microplastic)인 구형의 폴리스티렌은 동해 투기장(78%)뿐만 아니라 투기장을 제외한 동해(52%) 퇴적물에서도 우세하였다. 과거 6천만톤 이상의 폐수 및 하수 슬러지가 동해 투기장에 버려졌으며, 동해 투기장에서 미세플라스틱의 최대 풍도는 130,000 particles/kg d.w.이었다. 구형 폴리스티렌은 투기 기간동안 동해 및 동해투기장의 시추 퇴적물에서 지속적으로 관찰되었으며, 하수 또는 산업 폐수 슬러지에서 유래된 것으로 추정된다. 입자추적모델 결과를 통해 해양 투기가 진행되는 동안 입자들이 표층 및 중층 해류에 의해 동해 전체에 분산될 수 있음을 확인하였다. 또한, 투기된 입자의 일부는 침강 후 심층 순환에 의해서도 분산될 수 있다. 이 연구는 해양 투기장이 수중 미세플라스틱 오염의 우심지역(hotspot)이자 오염원 (source)이 될 수 있음을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

Microplastics are plastics measuring 0.001–5 mm that were either manufactured in small sizes or fragmented through the weathering of plastic products. Microplastic pollution is a global environmental issue that needs to be managed because microplastics are ingested by organisms as well as widely dis...

Microplastics are plastics measuring 0.001–5 mm that were either manufactured in small sizes or fragmented through the weathering of plastic products. Microplastic pollution is a global environmental issue that needs to be managed because microplastics are ingested by organisms as well as widely distributed in the environment. To mitigate microplastic pollution, it is necessary to understand its current status and characteristics. Research on microplastic pollution has been conducted worldwide, but remains insufficient. In addition, there is little information on the source and fate of microplastics and there exist knowledge gaps for policy making. Therefore, this study investigated the status and characteristics of microplastic pollution in various environmental compartments, from river to ocean and the seafloor, around the Korean Peninsula. The fate of microplastics was investigated by estimating their annual load in rivers and sources thereof on beaches, along with their vertical distribution in offshore areas (including in marine aggregates), and the impact of ocean dumping on microplastic pollution in surface and core sediments.
We investigated the spatiotemporal distribution of microplastics in the Nakdong River down to 20 µm in size and characterized them using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) in surface and mid waters and sediment. The mean (± standard deviation) abundance of microplastic in the Nakdong River was in the range of 293 ± 83 (upstream, February 2017) to 4,760 ± 5,242 (downstream, August 2017) particles/m3 in water, and 1,970 ± 62 particles/kg in sediment. The abundance of microplastics was about three times higher in surface than mid waters in the downstream area. Polypropylene and polyester accounted for 41.8% and 23.1% of microplastics in the water, respectively, whereas about 50% in the sediment was composed of polypropylene and polyethylene. Microplastics smaller than 300 µm in size accounted for 74% in the water and 81% in sediment, and the distribution peaked in the 50–150 µm size range. Based on these results, we estimated the annual load of microplastics carried by the Nakdong River in 2017 to be 5.4–11 trillion by number and 53.3–118 tons by weight. The proportions of the total load transported through surface water and the water column were 8% and 92%, respectively. In addition, the microplastic load was concentrated in the wet season, which makes up 71% in number and 81% in weight. These results indicate that it is necessary to reflect seasonal variation and sample both in the surface water and water column to estimate microplastic transport. Without considering these factors, the annual load of microplastics may be overestimated or underestimated.
The baseline level of microplastic pollution in 20 sandy beaches was investigated along the coast of South Korean. All microplastic particles extracted from the sand samples were identified down to 20 µm in size using FT-IR. The abundances of large microplastics (L-MPs; 1–5 mm) and small microplastics (S-MPs; 0.02–1 µm) were in the range of 0–2088 particles/m2 and 1400–62800 particles/m2, respectively. Maximum microplastic abundance was in the size range of 100–150 µm, and particles smaller than 300 µm accounted for 81% of the total abundance. Expanded polystyrene (EPS) accounted for 95% of L-MPs, whereas S-MPs were predominantly composed of polyethylene (49%) and polypropylene (38%). The spatial distribution of L-MPs, excluding EPS, was significantly related to population, precipitation, proximity to a river mouth and abundance of macroplastic debris on beach. However, there were no relationships between S-MPs and other environmental and source-related factors, except for macroplastic debris and L-MPs excluding EPS. These results imply that S-MPs are mainly produced on beaches by weathering, whereas L-MPs other than EPS are mainly introduced from land-based sources and are also partly produced on beaches.
To elucidate the vertical distribution of microplastics, three to six vertical water column layers were sampled according to the thermocline depth, from which the vertical distribution and characteristics of microplastics larger than 20 μm were investigated in continental shelf and deep-sea waters around South Korea. In addition, microplastics incorporated into marine aggregates (aggregated fraction) were investigated to determine the contribution of aggregates to vertical transport of microplastics. The abundance of microplastics was in the range of 15–9,400 particles/m3. No consistent trend was observed in the overall vertical profiles. The size, shape and polymer compositions of microplastics at each station were generally comparable throughout the water column. Unexpectedly, high-density (HD; > 1.02 g/cm3) polymers accounted for an average of 73% of total microplastics. As polymer density increased, the proportion of microplastics less than 100 μm in size increased. HD polymers also accounted for 68% of the aerosol samples collected together with water samples. Due to the relatively high proportion of HD polymers in far-offshore waters, high-density solution should be used to extract microplastics, even from surface seawaters. The aggregated fraction accounted for 0–28.6% (average, 3.4%) of total microplastics. Marine aggregates are considered an important mechanism of transport for microplastics less dense than seawater to the deep-water column, but they showed lower proportions than expected in continental shelf and deep-sea waters around South Korea.
Three ocean dumping sites located in the Yellow Sea (YS) and East Sea (ES) of South Korea have accumulated terrestrial waste from 1988 to 2015. Most of this waste comprised industrial wastewater and sewage sludge, which are sources of microplastics. In this study, we investigated the spatiotemporal distribution and characteristics of microplastics in surface and core sediments of the YS, South Sea (SS) and ES, including at dumping sites (YDP and EDP). The mean abundance of microplastics in surface sediments was ranked in order of EDP (59,457 ± 49,130 particles/kg d.w.), ES (5,047 ± 9,404 particles/kg d.w.), YDP (3,965 ± 3,213 particles/kg d. w.), SS (314 ± 488 particles/kg d.w.) and YS (288 ± 400 particles/kg d.w.). EDP and YDP showed about 14- and 12-fold higher microplastic abundances, and more diverse polymer compositions than the ES and YS, respectively. The historical trend of microplastic pollution in age-dated core sediments from EDP and YDP matched well with the amount of historical ocean dumping. As the level of ocean dumping has gradually reduced since 2006, and was finally banned in 2015, the microplastic abundance decreased accordingly. Interestingly, spherical polystyrene (PS) primary microplastic was the dominant type in EDP sediments (78%) and other surface sediments in the ES (52%). More than 60 million tons of sewage and wastewater sludge were dumped at EDP, and extremely high abundances of up to 130,000 particles/kg d.w. were observed in EDP surface sediments. PS primary microplastics were continuously present in the EDP and ES sediment cores in the dumping period and are suspected to have originated from industrial wastewater sludge. The particle transportation model results showed that PS was dispersed throughout the ES during ocean dumping. In addition, deep circulation can contribute to the dispersion of particles after sinking. These results indicate that ocean dumping sites represent an underwater hotspot and source of microplastics in seafloor sediments.

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