Scientific American (США): Земля страдает от незаметного пластика, и ученые работают над его выявлением

Триллионы крохотных частиц, порожденных зависимостью нашего общества от пластика, загрязняют окружающую среду по всему миру. Это первая из трех статей, в которых рассматривается то, что мы знаем о масштабе и последствиях загрязнения микропластиком. В ходе научной поездки в Саргоссово море осенью 1971 морской биолог Эд Карпентер впервые заметил необычные белые частицы, плавающие среди коричневых саргассовых водорослей. Присмотревшись внимательнее, он понял, что это были крохотные кусочки пластика. Он был поражен. Если посреди Атлантического океана, на расстоянии 550 миль от земли, плавали тысячи пластиковых обломков, напрашивался вывод, что они были везде. Карпентер, ныне работающий в Государственном университете Сан-Франциско, опубликовал свои наблюдения 17 мая 1972 в журнале «Сайенс». Это было первым свидетельством того, что пластиковое загрязнение не ограничивается пластиковыми мешками, бутылками и другим крупным мусором, разбросанным вдоль побережья и скапливающимся в печально известном Большом тихоокеанском мусорном пятне — куче мусора, образовавшейся в Тихом океане из-за морских течений. Когда эти пластиковые предметы теряют свою целостность под воздействием солнечных лучей, ветра и волн, они распадаются на все более мелкие кусочки. Эти кусочки, как и микроволокно от синтетической ткани, а также крохотные пластиковые шарики в продуктах гигиены, называются микропластиком. Каждый год производится 300 метрических тонн пластика — примерно столько же, сколько весит все население Земли, вместе взятое — и исследователи утверждают, что в окружающей среде могут таиться триллионы отколовшихся пластиковых частиц. Ничтожные размеры микропластика — менее 5 миллиметров в диаметре, что сравнимо с рисовым зерном — означают, что его может проглотить большее число видов, чем более крупные пластиковые предметы; начиная с планктона и заканчивая людьми. В теле живого существа пластиковые отходы могут нанести значительный вред для внутренних органов — кроме того, подобно миниатюрному троянскому коню, они переносят опасные химикаты, в дальнейшем накапливающиеся в пищевой цепи. Стремительный рост в числе исследований по отслеживанию микропластика выявил огромное его количество не только в океанах, но и в реках, озерах, на фермах и в почве, а также в крупных и малых организмах по всему миру. Он летает даже в воздухе — как в густонаселенных городских районах, так и в отдаленных просторах над Северным Ледовитым океаном. «Он везде», — говорит Челси Рохман, исследователь микропластика из университета Торонто. Чтобы понять последствия этого загрязнения и найти способы борьбы с ним, ученым нужно знать, где оно сосредоточено, откуда берется и как распространяется. Однако поиск микропластика затруднен невероятным количеством относящихся к нему полимеров, а также его самыми разнообразными размерами, которые разнятся от рисового зерна до вируса. «В отличие от замеров загрязнения ртутью или свинцом, — говорит Ричард Томпсон, морской биолог из университета Плимута, который помог ввести в оборот термин 'микропластик', — микропластик не ограничивается одним конкретным веществом; это целая плеяда разнообразных материалов». В поисках пропавшего пластика Работа Карпентера пролила свет на существование в океане обильного количества пластика, так что именно с океана ученые начали выяснять, сколько микропластика загрязняет окружающую среду. Хотя эта работа и заняла несколько десятилетий, в 2004 Томпсон обнаружил, что побережье британского Плимута просто кишит этими частицами, после чего ученое сообщество действительно обратило внимание на проблему. С тех пор микроволокна, отслаивающиеся главным образом от одноразовых упаковок (которые составляют 40% всех пластиковых продуктов), были найдены на дне каждого океана, в желудках морских животных и даже в арктических льдах. Картина проясняется, но все еще остается неполной. В 2015 было проведено исследование, согласно которому ежегодно только 1 процент пластиковых отходов попадает в океан. Это означает, что «нам неизвестно, куда деваются остальные 99% пластика», — говорит морской эколог Мелани Бергаманн, работающая в Институте полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера (ИАВ). Трудностей добавляет тот факт, что многие проведенные ранее исследования не учитывали самые малые частицы, являющиеся при этом самыми многочисленными. Недавнее исследование, одним из авторов которого была Бергманн, не полагалось на визуальный поиск частиц, а потому обнаружило во много сотен раз больше замерзшего в Арктике микропластика, чем первое исследование такого рода. Две трети частиц, которые ученые выявили благодаря машинам для идентификации химического следа пластика, имели диаметр около 11 микрометров (сравнимый с размером красных кровяных телец) — предыдущее исследование было неспособно их обнаружить. Кроме того, большая часть образцов была собрана в легкодоступных поверхностных водах, где содержание пластика чаще меняется под влиянием течения и погодных условий. Те же условия, вкупе с бактериями и иными материалами, покрывающими пластиковые частицы, могут заставить их опуститься на дно или привести к их скапливанию вдоль побережья. Брать замеры на морском дне затруднительно, хотя ученые могли бы воспользоваться для этого уже имеющимися пробами осадочных пород, считает Кара Лавендер Ло, океанограф из Ассоциации морского образования в Вудс-Холе. Кроме того, она выступает за более тщательные замеры вдоль побережья, поскольку именно там значительная часть пластика попадает в океан с пляжей и из рек, в особенности поблизости от крупных населенных пунктов — кроме того, там же с наибольшей вероятностью оседают наиболее плотные пластиковые частицы. Изучение залива Сан-Франциско обещает новые открытия. На деньги, предоставленные природоохранными организациями и водоочистительными предприятиями, речной институт Сан-Франциско собрал тысячи образцов воды и осадков в заливе, а также попадающих туда водных отходов и ливневых вод, чтобы установить, откуда берутся и куда попадают разнообразные разновидности микропластика. Анализ образцов должен быть завершен к концу осени. Затем полученная информация будет обработана на компьютере, чтобы спрогнозировать, как именно микропластик из различных источников попадает в залив, а затем в океан через реки региона. Ожидается, что это позволит установить места, в которых собирается пластик, и в которых он сильнее всего влияет на растительную и животную жизнь. Результаты исследования позволят ученым разработать способы борьбы с выбросом пластика — к примеру, предложить властям ввести запрет на пластиковые пакеты, или создать устройства для сбора пластиковых микроволокон в стиральных машинах. «Мы ожидаем от этого больших результатов», — говорит руководитель проекта Ребекка Саттон. Ближе к источнику С самого начала ученые считали, что микропластик попадал в океаны главным образом из рек. Это означало, что он должен был присутствовать и в пресных водоемах. Однако до 2013 никто не смог однозначно установить его содержание в озерах. Тем не менее, с тех пор исследователи обнаружили крохотные частицы в озерах, реках и на пресноводных пляжах по всему миру — даже в таких на первый взгляд нетронутых водоемах, как горные озера в Монголии. Во многих таких местах ученые также обнаружили его в желудках различных пресноводных видов. Предметом особенно тщательного изучения стали Великие озера. Концентрация микропластика в них не уступала таковой в заполненных мусором океанских водоворотах, которые, в свою очередь, содержат лишь долю от общего числа пластиковых частиц во всех океанах мира — оно составляет от 15 до 51 триллионов. Поскольку реки и озера ближе к первоначальным источникам пластикового загрязнения, в особенности к городам и водоочистительным станциям, профессор химии государственного университета Нью-Йорка во Фредонии Шерри Мэйсон ожидала обнаружить там более крупные частицы пластика, чем в океане — предполагалось, что в пресных водоемах они еще не успели так сильно разложиться. Однако реальные результаты оказались иными — это свидетельствовало о том, что большая часть процесса распада происходила до попадания пластика в водоемы. Ученые все еще пытаются точнее установить, как микропластик попадает в реки и иные водоемы, и проследить его дальнейший маршрут. Патриция Коркоран — геолог из университета Западного Онтарио, изучающий осадочные породы — занималась этой работой, собирая образцы отложений в реке Темзе в Онтарио, которая впадает в озеро Сент-Клэр между озерами Гурон и Эри. Большую часть ее находок составляли микроволокна, вероятнее всего попавшие в реку из водоочистительных станций, а также отслоившиеся от одноразовых упаковок. Ближе к городам концентрация микропластика обычно выше, и может повышаться в определенных местах по мере течения воды. Поскольку первоначальные результаты ее исследований носили общий характер, Коркоран снова будет брать образцы в Темзе этим летом. Кроме того, она хочет выяснить, как крупные весенние паводки влияют на концентрацию микропластика в отложениях — в марте было опубликовано исследование, согласно которому зимние наводнения вымывали десятки миллиардов частиц микропластика со дна британских рек, по всей видимости вынося их в море. Также Коркоран будет изучать Великую реку, впадающую в озеро Эри, чтобы установить сходства и отличия между состоянием двух рек. Она рассчитывает продолжить собирать образцы, чтобы понять, как меняется концентрация микропластика со временем. «Содержание пластика очень непостоянно», — говорит Коркоран, так что для полноценного представления о происходящем его нужно постоянно отслеживать. Блестящая почва Микропластик накапливается не только в воде, но и в сельскохозяйственной почве. Многие фермеры используют богатые питательными веществами канализационные отходы, чтобы удобрять свои поля, однако помимо прочего они содержат огромное количество микроволокон. По оценке исследователей, в пахотную землю в Европе и Северной Америке ежегодно попадают десятки тонн микроволокна, которые остаются там на многие годы. «Фактически, их там целая гора», — говорит Лука Ницетто, ученый из Норвежского института водных исследований. ОНФ добивается внедрения раздельного сбора мусора в Северной ОсетииПластик попадает в землю и из других источников, в том числе в результате распада пластиковых покрывал, которые фермеры используют, чтобы сохранить влажность почвы и предотвратить рост сорняков; а также из компоста, переработанного на заводах биоотходов, и из так называемого смешанного мусора — перемолотой каши из пищевых отходов и не поддающегося переработке материала. В 2014 в Китае было проведено исследование, показавшее, что в гектаре пахотной почвы присутствует до 260 килограммов пластикового мусора, попавшего туда из-за использования непрочных покрывал. На одной ферме в Австралии количество смешанного мусора на полях достигло такого количества, что «вся земля блестела», говорит Марк Браун, эколог, изучающий проблему микропластика в университете Нового Южного Уэлса. Весь этот пластик может вредить здоровью почвы, влияя на то, как она удерживает влагу и иные вещества, к примеру пестициды. Если пластик проникает достаточно глубоко, он может попасть в грунтовые воды; если его частицы достаточно малы, они могут быть поглощены растениями. По мере того, как его проглатывают дождевые черви и другие малые организмы, он идет вверх по пищевой цепи. Сейчас только начинается целенаправленное изучение микропластика, содержащегося в почве. Ницетто и водный биохимик Джилл Кроссман из Уинсорского университета в Онтарио входят в состав международной команды, профинансированной Европейской комиссией, которая измеряет содержание микропластика в испанской и канадской сельскохозяйственной почве до и после нанесения на нее канализационных отходов. Кроме того, они выясняют, сколько пластика попадает в воду в дальнейшем, и насколько глубоко он уходит под землю. После получения нужной информации они намерены обработать ее на компьютере, чтобы найти подходящие способы борьбы с микропластиком — к примеру, прекращение сельскохозяйственного использования канализационных отходов. Падение с неба Другой источник микропластика находится прямо над нашими головами. Микроволокна, подхваченные потоками воздуха с земли или отслаивающиеся от одежды, давно уже сводят с ума ученых, силящихся придумать, как с ними бороться, так что Рахид Дрис и его коллеги из университета Пари-Эст решили измерить их количество. На протяжении трех месяцев в 2014 они собирали частицы, опускавшиеся на крышку университета. В итоге они обнаружили куда больше микроволокон, чем ожидалось — их форма и вес делают их крайне летучими. В среднем они подбирали 118 частиц на квадратный метр за день — их длина разнилась от 5 до 100 микрометров, а толщина иногда достигала таковой у бумаги. Однако «мы не знаем в точности, какие из этого следуют выводы, поскольку это лишь ранние результаты», — говорит Дрис, теперь работающий экологом в Байротском университете в Германии. Другие группы исследователей пока готовятся сообщить о результатах, полученных в результате замеров в отдаленных областях, где воздух является единственным известным источником микропластика. Джулиан Ахерне, специалист по прогнозированию последствий загрязнения, работающий в университете Трент в Онтарио, собрал образцы дождевой воды на погодной станции на отдаленном западном побережье своей родной Ирландии, где дуют океанские ветры. Его первоначальные результаты выявили количество микроволокон, аналогичное таковому у Дрис. Этим летом он будет собирать образцы отложений со дна озер в канадской Арктике. Другие ученые берут образцы снега с поверхности арктического морского льда (снег там имеет иное происхождение, чем лед, поскольку лед образуется в результате замерзания морской воды). По словам Бергманн из ИАВ, падающий с неба снег «несет с собой все то, что содержалось в атмосфере — в данном случае это относится к пластиковым волокнам». Поскольку атмосферные ученые уже достаточно хорошо понимают, как перемещаются в атмосфере другие загрязняющие вещества, такие как сажа и сернистый газ (вызывающий кислотный дождь), Ахерне убежден в возможности установить то, насколько далеко частицы микропластика различных размеров могут перемещаться по ветру, и насколько долго они будут оставаться в воздухе. По мере проведения новых замеров, он рассчитывает на создание чего-то вроде погодной карты, на которой будут отмечены места мировой концентрации микропластиковых осадков. Следующий большой вопрос По мере того, как ученые ищут микропластик и начинают использовать для этого специальные детекторы вместо собственных глаз, они обнаруживают все меньшие его частицы. Большинство исследователей считает, что микропластик подвергается дальнейшему распаду и превращается в так называемый «нанопластик». Эти ничтожные крошки вызывают у них еще большее беспокойство, поскольку будучи проглоченными, они с куда большей вероятностью попадают из кишечника в кровоток или оседают в легких, если их вдохнуть. То, что такие частицы могут появиться, было установлено в ходе лабораторных экспериментов, так что большинство ученых убеждено в их присутствии в окружающей среде. Однако в настоящий момент «у нас нет способов для идентификации нанопластика» в таких условиях, говорит Томпсон. Несколько исследовательских групп разрабатывает способы изучения этой скрытой угрозы, включая исследователей в ИАВ, которые уже сумели установить присутствие известных нам разновидностей нанопластика в образцах. Когда эти разработки принесут плоды, по мнению Бергманн окажется, что «океан загрязнен куда сильнее, чем кажется нам сейчас». То же касается и других биомов. Кроме того, научное сообщество стремится выявить и избавиться от методов, использование которых приводит к недооценке или переоценке количества микропластика, а также стандартизировать методы таким образом, чтобы результаты различных исследований можно было сравнивать друг с другом. «Хотя предстоит еще много работы в понимании источников и способов перемещения микропластика в самых разнообразных средах», — говорит Мэнсон, становится все очевиднее, насколько вездесущ микропластик, в особенности микроволокна; многие места его концентрации находятся вблизи от населенных пунктов. Эксперты заинтригованы: «Исследования в этой области движутся так быстро, что через 5 или 10 лет мы будем знать об этом куда больше», — говорит Саттон. У них будет более четкое представление о том, какие организмы и экосистемы подвержены наибольшей угрозе, и они смогут порекомендовать властям, как им следует вмешаться, чтобы предотвратить попадание пластика в окружающую среду. Хотя работа над выявлением микропластика все еще продолжается, ученые не теряют времени и параллельно отслеживают тот вред, который он наносит организмам и экосистемам. К таковым относятся и люди — микропластик влияет на здоровье почвы, в которой мы выращиваем пищу, на качество нашей питьевой воды, и непосредственно на наши тела, по мере того, как мы вдыхаем его и проглатываем. Как говорит Мэнсон: «Это тот вопрос, на который все хотят ответить».