Modelling exposure to plastics for the marine biota : risk maps for fin whales in the Pelagos sanctuary (North-Western Mediterranean)

The Mediterranean Sea is at the same time a sea that is semi-enclosed by densely populated countries and one of the most trafficked maritime areas in the world. Such anthropogenic pressure threatens, in a nested manner, first the quality of its waters and then the high biodiversity living in it. Under the Marine Strategy Framework Directive, marine litter (descriptor 10) has been recognized as one of the principal causes of marine pollution, and the public awareness on its impacts on the environment and on marine wildlife is raising. In this thesis, Lagrangian simulations have been run on a decade basis (2000-2010) to obtain the advection patterns of plastic litter over a wide geographical domain embracing the Pelagos International Sanctuary for the Protection of Mediterranean Marine Mammals (North-Western Mediterranean, France, Italy and Monaco). Aim of the work is to assess, using a quantitative and data-driven modelling approach, the presence of plastic waste within the feeding grounds of the fin whale Balaenoptera physalus, an endangered cetacean for which there is increasing evidence of impacts due to microplastic ingestion. Exposure of fin whales to microplastic pollution has been evaluated here by interlacing maps obtained through modelled plastic litter distribution, maps of suitable habitat obtained from either the elaboration of satellite chlorophyll-a data in species-specific visited areas or from maps of net primary productivity. All the three sources of plastic litter accounted for in the present work (untreated waste along coasts, plastic discharge from rivers and plastic pollution released along maritime shipping routes) clearly contribute to impact cetaceans in the Sanctuary. Yet, more than 50% of the modelled plastic litter entering the Pelagos area was found to originate from the latter pollution source (maritime shipping routes), suggesting that the disturbance caused to cetaceans by vessel traffic could be more intense than expected.

Il Mar Mediterraneo è, simultaneamente, un mare intercontinentale racchiuso da Paesi densamente popolati ed una delle più trafficate aree marittime al mondo: la pressione delle attività antropiche minaccia in primo luogo la qualità delle sue acque e, di conseguenza, la ricca biodiversità che lo popola. Nell’ambito della Marine Strategy Framework Directive, i rifiuti marini (descrittore 10) sono stati riconosciuti come una delle principali cause di inquinamento marino, e la consapevolezza dei relativi impatti sull’ambiente e sulla fauna marina è in crescita. In questa tesi, sono state utilizzate simulazioni lagrangiane per ottenere la distribuzione dei rifiuti plastici su un vasto dominio che racchiude il Santuario Pelagos per la protezione dei mammiferi marini nel Mediterraneo (parte nord-occidentale del Mar Mediterraneo, tra Francia, Italia e Principato di Monaco). Questo elaborato si pone il fine di valutare, utilizzando un approccio modellistico basato su dati sperimentali, la presenza di rifiuti plastici nelle aree frequentate dalla balenottera comune Balaenoptera physalus, una specie minacciata per la quale stanno emergendo prove dell’impatto provocatole dalla microplastica. L’esposizione della balenottera all’inquinamento da microplastica è stato qui calcolato combinando mappe di densità di plastica ottenute dalle simulazioni, mappe di habitat potenziale ottenute dall’elaborazione di dati satellitari di clorofilla rilevata in aree visitate dai cetacei oppure mappe di produttività primaria netta. Tutte e tre le sorgenti di rifiuti plastici considerate in questo lavoro (rifiuti non trattati lungo le coste, plastica riversata in mare dai fiumi o immessa lungo le rotte marittime) contribuiscono in modo marcato ad impattare i cetacei nei confini del Santuario. Tuttavia, oltre il 50% dei rifiuti plastici nell’area Pelagos provengono, secondo le simulazioni svolte, da fonti corrispondenti alle rotte navali, suggerendo che il disturbo provocato ai cetacei dal traffico navale potrebbe essere più grave di quanto già noto.