太平洋垃圾带的形成与治理

太平洋垃圾带的形成与治理

07108123 曾新

09008304 刘晶洁

21408127 望灿

摘要

近年来，由于海洋塑料垃圾的堆积，美国西海岸附近形成了一个以塑料为主的“太平洋大垃圾带”，随着其面积的逐年增大，其带来的危害也越发令人担忧。本文对其来源、形成原因、对生态系统的危害，以及改善措施这几个方面进行了深入的分析讨论，并给出相应的两个模型，给科学探险家们提供了有价值的方案。针对塑料垃圾来源，本文进行了深入分析，对环太平洋国家的塑料产业情况做了调查，得出中国排放出的塑料垃圾所占比例最大，应着重控制其排放量。对于漩涡的形成原因，我们给出了太平洋环流的分布，并分析了垃圾的移动过程。

针对塑料垃圾带来的风险，我们主要考虑了对生态系统的危害。我们把塑料颗粒看作外来侵入物种，建立了微塑料颗粒威胁模型，给出了塑料颗粒的丰度与浮游生物生存之间的关系。以便科学家定量地评估该海域的微塑料颗粒的污染程度。

为了降低塑料垃圾对太平洋生态的破坏，本文参考了荷兰 WHIM 公司提出的“再生岛”计划，在原垃圾带水域，利用废旧塑料的浮力，就地建立一个悬浮的再生岛。我们建立模型论证了建造再生岛的厚度与出水高度的关系，再生岛和太平洋垃圾的消化能力。并分析了本计划的成本与收益。

本文通过地理学科、生物学科、物理学科，以及经济学科，对“太平洋垃圾带”问题做了全面的分析，提出了就地建立再生岛的模型，给科学家提供了解决海洋垃圾问题的一个参考方案.

关键词：太平洋垃圾带再生岛塑料颗粒

一．问题重述

最近的一项深入太平洋涡旋（垃圾碎片不断累积的汇流地带）进行的科学探险，揭露出大量与处理这些垃圾碎片相关的科技问题。倾倒废弃物流入海洋不是新鲜事，但是科学界却首次发现这些垃圾碎片（尤其是塑料制品）在太平洋**领域中密集出现。科学界同时也发现这些垃圾碎片对海洋生态，对人类的福祉都带来了许多潜在威胁。研究者把这些塑料垃圾描述成塑料汤或是塑料彩屑。

今年 ICM 的问题是利用跨学科建模，来解决由于海洋中垃圾存在与累积所带来的各种复杂问题，借此帮助研究者，最终帮助政府政策制定者来了解该问题的程度、范围和对全球潜在的影响。

作为科学探险的建模顾问，你的任务是要关注垃圾问题中的某一个因素，建立模型并分析它的性质，确定其对影响海洋生态、政府政策的潜在影响，以及改善它的负面影响的具体措施。一定要考虑未来科研的需求和这一问题的经济因素，然后给科学探险的领队写一份报告，总结你的研究发现，提出解决建议、需要制定的政策和采取的措施。

选择的问题如下：

问题四：这些塑料从何处来？可以采取什么步骤来控制或减少与这一情况相关的各种风险？经济成本如何？控制或结束这种状态会带来什么经济效益？如何比较成本与效益？有多少塑料被生产，丢弃与回收？有多少有可能被排入海洋？进入海洋的又有多少可能会到处漂浮？

为了明确你的任务，重点应该集中在问题的某个重要方面，对重要的问题和现象的表现进行建模分析，对你选择进行建模和分析的那个方面当中对当前和未来影响最显著的因素进行定量分析。你的 ICM 报告应以如下形式提交：它将是篇幅为 10 页的小组报告，提交给一位调查负责人，目的在于帮助她找出所探讨问题或现象的相关表现，主要分析这些问题或者现象的后果，并针对在问题进一步恶化之前政府能够采取哪些措施来遏制该问题向她提出可行性建议。

二．模型假设

1．垃圾来源仅为太平洋沿海国家，不考虑内陆国家排污情况。

2．垃圾带水域的塑料颗粒不分种类，形状质量均看作一致。

3．垃圾带被污染水域各处的浮游生物数量密度、塑料颗粒数量密度均视为一致。4．再生岛所处的位置是平稳的，材料均匀且所处海域海水密度一致；。

三．模型分析与建立

3.1垃圾的来源

根据联合国的统计，每年世界会产出超过2.6亿吨的塑料垃圾，它们当中大多数是一次性的，其中90%~95%都没有得到回收，大部分都被人类随意丢弃了——

有的被掩埋在土地里，有的散布在郊外的垃圾场，有的挂在铁路沿线的树梢枝头，有的被直接倾倒入海……它们散布在地球的每个角落，但是最后它们会被雨水或大风吹刷，然后悄无声息地流走——“最后的终点，是海洋”。

经调查，塑料垃圾在所有海洋垃圾中占据相当大的比例。这些塑料垃圾10％来自渔民捕鱼过程中的渔网，10％是海上航行的货船丢弃的，其余80％的塑料垃圾则来自陆地的人类活动及飓风等冲刷陆地带来垃圾。以下三个因素则为垃圾带的主要来源。

人类活动带来的塑料垃圾

资料显示，每年，仅塑料，全世界大约就会制造出近亿吨，其中仅有一小部分能够得到循环再利用。自从塑料产品问世以来，世界范围内生产的塑料制品大约有5％已进入海洋，其数量超过1亿吨。不仅如此，在人类与海洋直接接触的同时，也会产生垃圾。比如，人们在海边旅游的过程中，有意无意地把已使用过的物品弃置于在海里和海岸，或是人类在捕鱼时丢弃的废旧渔具。这些都是塑料垃圾漩涡的来源。

太平洋大垃圾带中，有80%是塑料垃圾，而这些垃圾又有80%来自人类活动，来自大陆塑料排污。因此，这里查询环太平洋各国塑料生产量、回收量，以及排入海洋量各是多少。根据资料显示，全球塑料消费量如下图。

由图1可以看出，全球塑料的消费总量逐年递增，也就意味着废旧塑料的数目逐年增多，排入海洋的塑料数目同样也会逐渐增大。根据2009年资料统计[2~9]，可得如下统计表1:

国家年产量（万吨）回收率抛弃率被抛向海洋的比率

美国4700 40.0% 47.0% 12.7%

中国4479 22.0% 65.0% 31.8%

日本1425 69.7% 21.5% 11.4%

韩国1200 23.5% 48.8% 13.4%

加拿大810 36.0% 42.0% 16.9%

我们可以看出，中国向海中排放废旧塑料是最多的，因此，在源头减少塑料排污量方面上，中国更应加大回收废旧塑料的力度，同时，其他各国也要尽量控制