Improving the link between entanglement rates and geographic areas of plastic debris exposure

Abstract

Plastavfall finnes i hele det marine miljøet, fra havoverflaten til sedimentene. I flere tiår har det vært kjent at marine organismer samhandler med og blir viklet inn i dette ikke-nedbrytningsbare menneskeskapte materialet. Til tross for bevissthet rundt trusselen det utgjør for det biologiske mangfoldet har kvantifiseringer av disse virkningene i stor grad uteblitt fra miljøvurderinger- og analyser. For å tette dette metodologiske hullet har forsøk på å utvikle en effektfaktor (EF) som kan kvantifisere marine dyrs innvikling i makroplast blitt utført i livssyklusanalyse (LCA) miljøet. For å fange opp de romlige variasjonene i distribusjonen av plastavfall samt arters ulike grad av sensitivitet, er det et behov for at plastinnviklingsrater for artsbestander er relatert til tilhørende geografiske områder med konsentrasjoner av plastavfall på et mer populasjonsspesifikt nivå. Denne avhandlingen er et bidrag til utviklingen av EF-modellen gjennom å forbedre robustheten til koblingen mellom plastinnviklingsrater for et utvalg av marine arter og bestandsspesifikke geografiske områder for makroplasteksponering. For dette formålet ble potensielle eksponeringsområder avgrenset i en populasjonsspesifikk kontekst for å identifisere og estimere eksponering for plastavfall, ved bruk av litteraturdata, artsdistribusjonskart og en eksisterende modell for konsentrasjoner av plastavfall. Gjennom å koble dette med observerte plastinnviklingsrater kunne foreløpige effektkonsentrasjoner (EC) for de forskjellige artene bli avledet. Disse ble brukt til å rangere artene i datasettet etter deres modellerte sensitivitet til makroplastviklinger, og kan videre brukes som konsentrasjon-respons data i en fremtidig «species sensitvitity distribution» (SSD) basert EF-modell. De ble funnet at de estimerte EF verdiene var følsomme for det geografiske omfanget av det avgrensede eksponeringsområdet, noe som videre understreker behovet for at koblingen mellom plastviklingsrater og potensielle eksponeringsområder er robust.

Plastic debris is found throughout the marine environment, from the sea surface to the sediments. Marine fauna has been known to interact with and become entangled in this durable anthropogenic material for decades. Despite awareness about the biodiversity threat it constitutes, quantified impacts of mismanaged plastic waste on marine ecosystems have largely remained absent from environmental assessments. In an attempt to fill this methodological gap, efforts to develop an effect factor (EF) accounting for macroplastic debris entanglement have been made in the Life cycle assessment (LCA) community. However, to capture the non-uniform spatial distribution of plastic debris and species differences in sensitivities, entanglement records for populations of species need to be related to corresponding geographic areas of plastic debris concentrations on a more population-specific level. This thesis contributes to the EF modelling development, by improving the robustness of the link between entanglement rates for selected marine species and population-specific geographic areas of exposure to macroplastic debris. For this purpose, potential areas of exposure were delineated in a population-specific spatial context to identify and estimate the exposure to plastic debris, using literature data, species distribution and occurrence maps and an existing plastic debris concentration model. By coupling this with observed entanglement rates, preliminary effect concentrations (EC) for the different species were derived. The EC’s were used to rank the species in the current dataset by their predicted sensitivity to macroplastic debris, and can further be used as concentration-response data in a future species sensitivity distribution (SSD) based EF model. The sensitivity of the estimated EC’s was found to be influenced by the geographical extent of the delineated exposure area, which highlights the need for the coupling between entanglements rates and potential areas of exposure to be robust.