Claudio Pierard

Plasticvervuiling is een wereldwijd milieuprobleem, waarbij plastic uiteindelijk in de oceaan ophoopt. Plastic in de zee kan schadelijk zijn voor het zeeleven door consumptie en verstrikking, door het transporteren van ziekteverwekkers en via het introduceren van giftige stoffen in de voedselketen. Begrijpen hoe de bronnen en het transport de uiteindelijke bestemming van plastic in de oceaan bepalen is cruciaal voor het in kaart brengen van de impact op het milieu, maar ook voor het informeren van effectief beleid om de productie en gebruik van single-use plastic te beperken. De complexe fysische processen die de verspreiding en de eindbestemming van plastic bepalen, maken het echter lastig om de oorsprong van de vervuiling te achterhalen en het tempo van de ophoping van plastic in de oceaan te bepalen.

Dit proefschrift draagt bij aan ons begrip van de bronnen, het transport en de bestemming van plastic in de oceaan met behulp van numerieke Lagrangiaanse simulaties. Met Lagrangiaanse simulaties berekenen we het afgelegde pad van virtuele deeltjes in de oceaan, wat de reconstructie van mogelijke plasticpaden in de echte oceaan mogelijk maakt. In dit proefschrift gebruiken we Lagrangiaanse simulaties om drie studies uit te voeren waarmee we de transportmechanismen en afgelegde paden van plastic in de oceaan ontrafelen en beter begrijpen.

Onze eerste studie onderzoekt hoe we variabiliteit in de gesimuleerde paden van deeltjes, afkomstig van het gebruik van een ensemble, in enkele Lagrangiaanse simulaties van de Golfstroom kunnen genereren. Met ensemble-simulaties kun je het volledige bereik van de verspreiding van deeltjes simuleren, terwijl enkele simulaties slechts een subset van deze uitkomsten kunnen laten zien. Onze studie test strategieën voor het vrijgeven van deeltjes in enkele simulaties met variaties in de ruimte en in de tijd, waarbij ensemble-simulaties als referentie worden gebruikt. We implementeren een benadering die gebruik maakt van information theory om de variabiliteit in de enkelvoudige strategieën te definiëren. Onze resultaten laten zien dat het loslaten van deeltjes met periodes tussen 12 en 20 weken de ensemblevariabiliteit het beste representeert, terwijl het loslaten in de ruimte met een straal van 2.0° vergelijkbare resultaten oplevert met de resultaten van een ensemble op tijdschalen van < 10 dagen. Onze bevindingen verbeteren de vertegenwoordiging van variabiliteit in de trajecten van deeltjes en bieden bovendien richtlijnen voor de kwantificering van onzekerheden in Lagrangiaanse oceaananalyses. In onze tweede studie presenteren we een kader dat drijvend plastic in de Zuid-Atlantische Oceaan toeschrijft aan rivierbronnen, waarbij we gebruik maken van Bayesiaanse statistiek. Door eerdere schattingen van plastic uit rivieren te combineren met Lagrangiaanse simulaties kunnen we de waarschijnlijkheid van de oorsprong van plastic in de ruimte berekenen. Onze aanpak maakt het mogelijk om deze bronwaarschijnlijkheid als functie van de deeltjesleeftijd en de plek waar de deeltjes stranden te analyseren, wat waardevolle inzichten oplevert voor beleid om vervuiling te verminderen. In de derde studie onderzoeken we of fragmentatie van plastic de aanwezigheid van nanoplastics in de Zuid-Atlantische diepe oceaan kan verklaren. Lagrangiaanse simulaties suggereren dat de gesamplede nanoplastics waarschijnlijk ontstaan zijn door de afbraak van zinkende microplastics, in plaats van dat ze rechtstreeks de oceaan binnenkomen als nanoplastics. De resultaten benadrukken het belang van het meenemen van fragmentatie bij het modelleren van het verticale transport van plasticdeeltjes. Bovendien laten we zien dat de tijdschalen van fragmentatie de driftpatronen naar en verblijftijd van plasticdeeltjes in de diepzee aanzienlijk kunnen beïnvloeden. Door deze nieuwe methodes en inzichten draagt dit proefschrift bij aan een beter begrip van de oorsprong, transportpaden en de uiteindelijke bestemming van plasticafval in de oceaan. De ontwikkelde technieken zijn breed toe te passen voor het identificeren van bronnen van plasticvervuiling, het voorspellen van de paden die deeltjes afleggen en het optimaliseren van numerieke simulatiemethodes. Onze resultaten benadrukken het belang van het overwegen van meerdere fysische processen, zoals fragmentatie, bij het modelleren van de reis van plastic deeltjes van bron naar bestemming. Uiteindelijk kunnen de bevindingen in dit proefschrift hopelijk bijdragen aan het maken van effectief beleid om plasticvervuiling te verminderen.