Слишком опасный нанопластик: как одноразовые пакеты превращаются в частицы-убийцы

Пластик размером с молекулу

Осенью 1971 года во время исследовательского круиза по Саргассовому морю морской биолог Эд Карпентер впервые заметил странные белые пятнышки, плавающие среди коричневых водорослей. После проведения исследований он с ужасом обнаружил, что это крошечные кусочки пластика. Находка потрясла его. Он нашел эти частицы посреди Атлантического океана, в 550 милях от любого материка, и сказал: «Я понял, что пластик повсюду».

Сегодня Карпентер работает в Университете Сан-Франциско. А тогда, в 1972 году, он опубликовал свои наблюдения в журнале Science. Исследование было первым подтверждением глобального пластикового загрязнения, из которого стало ясно, что беда не только в полиэтиленовых пакетах, бутылках с безалкогольными напитками и других продуктах человеческой жизнедеятельности, которых полно вдоль береговых линий. Этот мусор собирается в печально известном Большом тихоокеанском мусорном пятне. Пятно — это место сосредоточения течений, которые и концентрируют в нем отходы со всего Тихого океана. Обожженные солнечным светом и измельченные ветрами и волнами, пластиковые изделия ломаются на все более мелкие кусочки. Крошечные частички, так называемые микроволокна, из которых состоят синтетические ткани, а также «шарики», которые кладут в товары вроде зубной пасты, — все это называется микропластиком. Исследователи говорят, что судя по 300 млн метрических тонн пластмассы, производимой каждый год, — это вес всей человеческой популяции — триллионы мелких пластиковых кусочков могут оставаться незаметными в окружающей нас среде.

Даже самые крохотные кусочки пластика — менее 5 мм в диаметре (размером с зернышко риса) — влияют на огромное количество видов живых организмов от океанского планктона до человека. В телах животных отходы могут навредить органам: как миниатюрный троянский конь, вызвать накопление опасных химических веществ и таким образом аккумулироваться в целой пищевой цепи.

Начало исследований распространения микропластика открыло обществу глаза на тонну пластикового мусора не только в океанах, но и в реках, озерах, фермах и почвах, а даже в крупных и малых организмах. Частицы пластика обнаружили и в воздухе — и в густонаселенных городских районах, и в вечной мерзлоте Северного Ледовитого океана. «Пластик повсюду», — говорит Челси Рохман, исследователь микропластиков из Университета Торонто.

Чтобы оценить последствия загрязнений и выработать план спасения, ученые должны точно знать, сколько пластика сосредоточено в каждом отдельно взятом регионе, и как быстро концентрация пластика в нем увеличивается. Однако обнаружение микропластиков осложняется бесчисленным набором десятков тысяч полимеров в их составе, а также их огромным количеством размеров — от зернышка риса до молекулы вируса. «Это не похоже на исследование загрязнений тяжелыми металлами, как ртуть или свинец, — утверждает Ричард Томпсон, морской биолог из Университета Плимута, который помог ввести термин „микропластик“. — Мы ищем не по одному критерию, а довольно большую группу веществ разного происхождения и размеров».

Охота за выброшенным пластиком

Работы Карпентера позволили по-настоящему оценить масштаб бедствия в океанах. Это стало первым толчком к тому, чтобы ученые определили, насколько сильно пластик влияет на окружающую среду. Хотя масштабная работа заняла несколько десятилетий, прикладное исследование под руководством Томпсона в 2004 году показало, что пляж и прибрежные зоны английского Плимута тотально загрязнены. Именно тогда ученые действительно обратили внимание на эту проблему. С тех пор они обнаружили, что микроволокна и фрагменты пластика, в основном — одноразовые упаковки (составляют 40% от всего пластика), дрейфуют внутри каждого океанского бассейна. Их даже обнаруживают в кишечных трактах морских животных и вмерзшими в арктический морской лед.

Картина проясняется, но до окончательных выводов еще далеко. Исследование, проведенное в 2015 году, показало, что океанические микропластики составляют лишь 1% от общего количества пластикового мусора, который, по объективным оценкам, каждый год попадает в океаны из твердых отходов. «Мы понятия не имеем, где оставшиеся 99% пластика», — заявила Мелани Бергман, морской эколог из Института полярных и морских исследований Альфреда Вегенера (AWI).

Сложность состоит и в том, что современные приборы все еще не способны захватывать мельчайшие фрагменты пластика, которые считаются самыми распространенными. Изучая частицы микропластика, которые достаточно легко идентифицировать, группа исследователей при участии Бергман недавно с ужасом обнаружила в 100–1000 раз больше микропластических частиц, замороженных в арктическом морском льду, чем при первом таком исследовании. Две трети того, что команда обнаружила, используя машины, которые анализировали химический состав пластмасс, составляли около 11 мкм в диаметре (размером с человеческий эритроцит), ниже предела обнаружения предыдущего исследования. Большая часть выборки также была в труднодоступных поверхностных водах, где уровни, вероятно, будут меняться с токами и погодными условиями.

Те же самые условия, наряду с бактериальными пленками и другими веществами, которые прилипают к пластическим частицам, могут привести к тому, что многие из них погрузятся в морское дно или скопятся вдоль береговых линий. Тем не менее, морское дно трудно изучать, хотя исследователи и могут смотреть на существующие отложения, — рассказывает Кара Лавандер Лоу, океанограф в Ассоциации морского образования в Вудс-Холле, Массачусетс. Она также выступает за лучшую выборку «того, что буквально прибито к береговой линии», где большая часть пластика, вероятно, выходит в океан из рек и пляжей, особенно вблизи населенных пунктов, а более плотные частицы быстро тонут.

В ближайшее время ученые планируют более детально исследовать залив Сан-Франциско. С финансовой поддержкой экологических активистов и инвесторов из сферы промышленности Институт Сан-Франциско собрал тысячи образцов вод залива и осадка его дна, сброшенных в него сточных и попавших дождевых вод, а также близлежащих морских бухт. Ученые определят, как и почему туда попадают различные виды пластиков. Анализ проб завершится к концу осени. Затем информация будет загружена в компьютерную программу, которая наглядно покажет, как микропластики из разных источников перемещаются по рекам региона, в бухтах и попадают в океан. Такая визуальная модель происходящего выявит, где пластик собирается и как влияет на жизнь растений и животных. Результат поможет исследователям предложить политикам предпринять шаги по предотвращению выброса пластика в окружающую среду. Например, ввести запреты на целлофановые мешки или повсеместно применять гаджеты, которые будут собирать пластмассовые волокна в стиральных машинах. «Мы очень надеемся, что будем услышаны», — отмечает менеджер проекта Ребекка Саттон.

Слишком быстрые изменения

С самого начала ученые понимали, что пластик с суши попадает в океан посредством рек и каналов. Это означает, что пластмассы также загрязняют и пресноводные системы. Но только в 2013 году один из ученых обнаружил их в озерах. С тех пор исследователи находили крошечные обломки пластика в озерах, реках и пресноводных пляжах по всему миру — даже в первозданных и отдаленных водоемах, например, в горных озерах Монголии. Исследователи также обнаружили пластик и в желудках различных пресноводных видов.

Великие озера стали особым местом для изучения. Уровень микропластического загрязнения там приблизительно такой же, как и в заполненных мусором океанских водах, которые содержат только часть из примерно 15–51 трлн пластических частиц, находящихся во всех водоемах земного шара. Поскольку реки и озера территориально ближе к исходным источникам пластического загрязнения, например, очистным сооружениям и городам, Шерри Мейсон, профессор химии в Государственном университете Нью-Йорка, предполагает, что пластиковые частицы в них будут больше по размеру, чем в океанах. Хотя бы потому, что у них меньше времени для измельчения или распада. Это предположение не подтвердилось, из чего профессор сделал вывод, что «распад пластиков на более мелкие частицы происходит еще на суше». Исследователи все еще пытаются более точно связать микропластики, найденные в озерах и небольших ручьях с их источниками, чтобы подтвердить или опровергнуть теорию Мейсона, а также наметить движение микропластиков вдоль водных путей.

Геолог, специализирующийся на исследовании осадков, Патриция Коркоран из Западного университета Онтарио, исследует осадки в реке Темс, Онтарио, которая стекает в озеро Сен-Клер, расположенное между озерами Гурон и Эри. Большая часть найденных ею микроволокон, вероятно, — последствия установок систем очистки сточных вод, а также фрагменты, разбитые на полимеры, обычно используемые при одноразовой упаковке. Уровни микропластиков, как правило, выше у городских районов и могут варьироваться в определенных районах течения.

Поскольку ее первоначальная работа давала только сиюминутные результаты, Коркоран перепроверит Темс этим летом. На этот раз она будет собирать меньшие частицы диаметром до 20 мкм. Она также изучит, как крупные весенние паводки влияют на концентрацию микропластиков в осадках на дне водоемов — исследование, опубликованное в марте, показало, что зимнее наводнение вымыло десятки миллиардов микропластических частиц из русла рек в Англии в море. Коркоран также будет изучать реку Гранд, которая течет в озеро Эри, чтобы увидеть, как соотносятся показатели двух рек. Она продолжит изучение образцов воды, чтобы изучить изменения концентрации веществ со временем.

«Показатели очень динамичны, когда дело касается накопления пластика, — убеждена Коркоран. — Поэтому для получения полной картины необходим непрерывный мониторинг».

Отравленная земля

Конечно, отложения микропластиков скапливаются не только в водоемах. Из воды они попадают в почву, на которой фермеры выращивают пищу. Для обогащения земли на полях некоторые фермеры используют осадки сточных вод, богатые питательными веществами, но в это удобрение так же попадают и частицы пластика. Анализы из Европы и Северной Америки показывают, что огромное количество микроволокна может попадать на сельскохозяйственные угодья каждый год и оно может оставаться в почве годами после применения. «Это огромная проблема, — убежден Лука Ницетто, научный сотрудник Норвежского института водных исследований.

Есть и другие источники пластиковой массы в земле. Например, пластиковые листы, используемые фермерами для удержания влаги в почве и защиты от сорняков, мука из компоста и биоотходов и так называемые смешанные отходы — измельченная амальгама из пищевых отходов и нерастворимых материалов.

Исследование, проведенное в 2014 году в Китае, показало неутешительный результат — до 260 кг пластиковых отходов на гектар пахотных земель. Ферма в Австралии применяла так много смешанных отходов, «что весь верхний слой почвы на самом деле блестел», — рассказывает Марк Браун, эколог, специализирующийся на микропластиках, из Университета Нового Южного Уэльса.

Пластик действительно может повлиять на здоровье почвы, изменив ее качественно, так как он удерживается на влаге или за счет других загрязнителей, например, пестицидов. Если пластмассы проникают достаточно глубоко, они могут достичь грунтовых вод. А если нет — то их может впитать в себя урожай. Если дождевые черви и другие мелкие существа глотают материал, он начинает свое путешествие уже по наземной пищевой цепи.

Первые специализированные исследования микропластиков в почвах только набирают обороты. Водный биогеохимик Джилл Кроссман из Уинсорского университета Онтарио занимается исследованиями в рамках международного сотрудничества, финансируемого Европейской комиссией. Он измеряет уровни микропластиков в сельскохозяйственных областях до и после применения удобрений из отходов как в Канаде, так и в Испании. Также он рассматривает, как много микропластиков из вод попадают в землю и насколько глубоко пластик в нее проникает. Международная команда ученых нацелена на создание компьютерных моделей с полученными ими данными, чтобы понять, как работают разные тактики борьбы с микропластиками в нынешних реалиях.

Падающие с небес

Еще один источник микропластиков находится прямо у нас над головами. Микроволокна, поднятые ветрами с земли или упавшие с одежды, давно не дают покоя ученым, которые пытаются изучить все источники загрязнений в своих лабораториях. Рашид Дрис и его коллеги из Университета Париж—Эст исследуют микропластики, падающие с неба. В 2014 году за три месяца они собрали то, что попало в воронки на крыше университета. Они нашли в основном волокна, форма и вес которых делают их более легкими в воздухе, и в больших количествах, чем ожидалось. В среднем они собирали 118 частиц на квадратный метр в день, длиной от 5 мм до 100 мкм и толщиной с лист бумаги. «Мы не знаем точно, что это может значить, потому что это первое подобное исследование», — утверждает Дрис, ныне эколог Университета Байройта в Германии.

Другие результаты исследований зависят от нескольких групп, собирающих образцы в отдаленных районах, где атмосфера является единственным предполагаемым источником микропластика. Джулиан Ахерн, специалист по загрязнению в Университете Трента в Онтарио, проверил дождевую воду, собранную на метеостанциях на отдаленном западном побережье своей родной Ирландии, где ветер дует с океана. Его исследования показывают в основном те же результаты, что и у Дриса. Этим летом он собирает образцы с осадка дна в канадской Арктике. Другие исследователи собирают снег на арктическом морском льду (отдельно от того, что замерзло в самом льду). Падающий снег, утверждает Бергманн, «собирает все, что находится в атмосфере, в нашем случае — пластиковые волокна».

Ученые-экологи уже хорошо разбираются в том, как иные загрязняющие вещества, такие как сажа и диоксид серы (которые вызывают кислотный дождь), движутся внутри атмосферы. Ахерн считает, что можно оценить, насколько разнятся размеры и формы микропластиков в потоках ветра и как долго они остаются в воздухе. По мере того, как проводят все больше измерений, Ахерн выступает за создание карты выпадения осадков, глобально определяющей опасные точки микропластических осадков.

Смертельно опасные нанопластики

Поскольку ученые все больше исследуют микропластики и уходят от визуальной идентификации к машинным датчикам, им удается обнаружить материалы все меньших размеров. Большинство исследователей считает, что микропластики могут быть еще более опасными, потому что в процессе разрушения превращаются в нанопластики.

Эти крохотные пятна смертельны. Если они попадут в желудок, то способны проникнуть в кишечную оболочку и достичь кровотока, а при вдохе — оказаться глубоко в легких. Такие наноразмерные фрагменты обнаруживают в лабораторных экспериментах, поэтому большинство исследователей уверены, что они находятся вне окружающей среды. Но в настоящее время «у нас нет никаких действенных методов, которые смогут избавить нас от нанопластиков», — утверждает Томпсон. Несколько групп работают над разработкой способов освещения этой скрытой угрозы, в том числе исследователи из Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера, которые уже изобрели способ идентификации известных нанопластиков в образцах. Раз такие методы уже существуют, Бергман ожидает, что «мы обнаружим, что океан гораздо более загрязнен, чем мы думаем сейчас». То же самое касается и других сред.

Исследовательское сообщество также работает над устранением проблем недооценки или переоценки микропластических веществ и стремится стандартизировать методы, чтобы сравнивать результаты различных исследований. Хотя «еще многое предстоит сделать, сейчас главное — просто систематизировать источники, пути и изобилие микропластиков во всех этих разных системах», — говорит Мейсон. Стало предельно ясно, что микропластики, особенно микроволокна, широко распространены, а в некоторых случаях они достигают критического содержания, особенно вблизи от населенных пунктов. Эксперты обеспокоены. «Наука развивается настолько быстро, что я думаю, через пять-десять лет мы узнаем гораздо больше», — говорит Саттон. Тогда у ученых будет лучшее представление о том, какие организмы и экосистемы наиболее подвержены угрозе, и они будут способны дать рекомендации органам власти о том, где требуется их вмешательство по избавлению от пластика.

Хотя работа по поиску микропластиков продолжается, ученые не теряют времени зря. Они отслеживают вред, который могут причинить организмам и экосистемам. Это непосредственно касается людей. Из-за почв, на которых мы выращиваем пищу, воды, которую пьем, и даже когда мы глотаем и вдыхаем. Как сказал Мейсон, это вопрос, на который каждый хочет ответить.