Я.Ю. Блиновская, О.А. Куликова, Е.А. Мазлова, М.В. Гаврило
Дальневосточный государственный университет, г. Владивосток, Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина,
Ассоциация "Морское наследие", г. Санкт-Петербург
Представлены результаты изучения содержания микропластика в пляжных зонах арктических морей и южной части Дальнего Востока. Проведенные исследования показали, что средняя концентрация на изученных участках составляет около 1 частицы на килограмм грунта, что существенно ниже показателей в других регионах мира. Однако в силу труднодоступности исследуемых объектов и нерегулярности работ требуются дополнительные изыскания.
Ключевые слова: экологическая безопасность, микропластик, береговая зона, Арктика, дальневосточные моря
Microplastic in the Arctic and Russian Far East Coastal Ground
Ya.Yu. Blinovskaya, O.A. Kulikova, E.A. Mazlova, M.V. Gavrilo
Far Eastern Federal University, 690950 Vladivostok, Russia,
Oil and Gas Russian State University Named After I.M. Gubkin, 119991 Moscow, Russia,
"Marine heritage" Association, 199106 Saint Petersburg, Russia
The first steps have been taken to study microplastics in the beach areas of the Arctic seas and the southern part of the Far East. Researches have shown that the average concentration in the areas studied is about 1 particle per kilogram of beach ground which is significantly lower than in other regions of the world. However due to the difficult access and irregular nature of the work an objective situation cannot be presented yet.
Keywords: ecological safety, microplastic, coastal area, Arctic, Russian Far East seas
DOI: 10.18412/1816-0395-2020-4-16-19
Исследования качественного и количественного составов, механизмов попадания, миграции микропластика в окружающей среде и его воздействие на объекты живой природы становятся с каждым годом все более актуальными. Регулярно обновляются сведения о негативных последствиях для здоровья человека, связанных с наличием пластика в воде, грунте, живых организмах, которые употребляются в пищу. Вместе с тем отмечается значительный рост производства пластика, отходы которого становятся источником образования микропластика. Имеется достаточное количество примеров того, что частицы пластика включаются в рацион представителей фауны, а также могут попасть и в организм человека [1, 2]. Цветные кусочки пластика принимаются за пищу и птицами, и млекопитающими, что, как правило, становится причиной их гибели при заполнении желудочно-кишечного тракта. Прозрачные частицы практически не видны и также свободно поглощаются, например, морскими млекопитающими, рыбами и рептилиями.
Наличие пластиковых частиц в среде сказывается и на безопасности мореплавания, и на других видах хозяйственной деятельности [3]. Нельзя игнорировать и химическое воздействие. В результате гидролиза, фотолиза и других природных процессов крупный пластик достаточно быстро становится хрупким, разрушается, что приводит к повышению концентрации микропластика [4]. Таким образом формируется его своеобразный круговорот, масштабы которого катастрофически увеличиваются.
Материалы и методы
Одним из участков Мирового океана, представляющих интерес с точки зрения накопления микропластика, является береговая зона. В период с 2014 по 2019 гг. проведены исследования побережья в южной части Дальнего Востока (залив Петра Великого), южной части архипелага Земля Франца-Иосифа и на побережье полуострова Ямал.
Грунт отбирали в литоральной зоне методом конверта, принципиальный алгоритм которого имеет следующую последовательность.
1. Равномерная разметка береговой зоны по длине пляжа (но не менее трех точек на пляж).
2. Разметка в каждой точке участка в литоральной зоне площадью 1 м2 и отбор в стеклянную тару не менее 20 г грунта из каждого из его углов и середины (метод конверта). Масса пробы из каждого берегового пункта пробоотбора должна составлять не менее 100 г.
3. Доставка в лабораторию для последующей пробоподготовки и анализа.
Методики анализа проб и используемое при этом оборудование имеют некоторые различия, но все они имеют ряд общих этапов, в число которых входит фильтрация/просеивание, осушка, окисление, флотация, количественная и качественная оценка с помощью аппаратных средств. За основу методики анализа микропластика взяты рекомендации NOAA [5], которые были адаптированы с учетом особенностей лабораторной базы и наличия реагентов. Так, подходы NOAA предлагают использовать при флотации концентрированный раствор NaCl, удельная плотность которого относительно невелика, реже применяют лития метавольфрамат. Опыт пробоподготовки российских специалистов показывает, что более подходящим реагентом является ZnCl2, имеющий большую плотность (2,9 г/см3), чем известные на сегодняшний день пластики. При флотации осажденные частицы приходится отделять, как правило, пинцетом вручную. Еще один нюанс при проведении пробоподготовки заключается в выборе аналитических весов, поскольку далеко не каждый инструмент позволяет взвешивать исходный материал с точностью 0,1 мкг.
Как показывает практика пробоотбора, большинство обнаруженных частиц в прибрежно-морской среде покрывается органической пленкой. Во избежание шумов при определении качественного состава полученные образцы обрабатываются ультразвуком, а затем подвергаются центрифугированию. Опытным путем установлен оптимальный процесс обработки длительностью 20 мин с интервалом воздействия 2 с. Центрифугирование позволяет более тщательно отделить находящийся микропластик в пробе. После центрифугирования (при температуре 20—25 °C в течение 5 мин) проводится изъятие всплывшего пластика из колбы и последующая его фильтрация и сушка. Для фильтрации используют нейлоновые или стекловолокнистые фильтры, затем сушка в термостате при температуре 50—55 °С в течение 2—3 ч.
Таким образом, принципиальный алгоритм пробоподготовки представляет собой последовательное выполнение процедур, обозначенных на рис. 1, и реализуется в виде следующей схемы.
1. Подготовка насыщенного раствора реагента для проведения флотации (хлорид цинка, хлорид натрия или лития метавольфрамат), отстаивание до появления осадка.
2. Помещение пробы в мерный стакан, заливка полученным раствором в соотношении 1:3, тщательное перемешивание в течение 1—2 мин.
3. Обработка полученной смеси ультразвуком на максимальной мощности в течение 20 мин, интервал воздействия 2 с для освобождения пластика от органики.
4. Центрифугирование в течение 5 мин при комнатной температуре.
5. Фильтрование полученного образца через нейлоновый или стекловолокнистый фильтр (размер пор не крупнее 0,45 мкм) (для ускорения процесса возможно использование вакуумного насоса).
6. Просушка фильтра в термостате 2—3 ч при температуре 50—55 °С.
Качественный анализ полученных проб проведен на базе Наноцентра Дальневосточного федерального университета с использованием методов инфракрасной микроскопии (ИК) и спектрофотометрии. Размерный состав фиксировался с помощью ИК-микроскопа Shimadzu AIM-8800. Далее по лученные образцы проанализированы на ИК-спектрофотометре IRTraser-100 с приставкой НПВО (нарушенное полное внутренне отражение) Quest горизонтального типа (Shimadzu, Япония) с диапазоном измерений от 400 до 4000 см-1 и разрешением 2 см-1. Идентификация проводилась автоматическим сравнением со встроенной библиотекой спектров (STJ-Europe Spectral Database, Германия).
Результаты и обсуждения
В России системное изучение микропластика начато в 2014 г. в Японском море, но наиболее полные исследования на сегодняшний день характерны только для Балтийского моря [6]. Также следует отметить, что микропластик в морской воде и береговом грунте не нормируется.
Побережье Российского сектора Арктики и Дальнего Востока имеет невысокую освоенность. Небольшая плотность населения, развитие преимущественно добывающего сектора выделяют юг Дальнего Востока как среди Российских, так и ближайших зарубежных регионов. Наиболее изученным является залив Петра Великого, который рассматривается не только как уникальный природно-климатический регион, где сочетаются виды умеренных и субтропических широт, но и как достаточно загрязненная акватория, особенно в своей северной части. Многочисленные источники загрязнения, сбрасывающие условно очищенные воды в залив, привносят, в том числе, и пластиковые частицы. Исследования, проведенные в 2017 и 2018 гг., показывают, что, несмотря на ничтожно малое количество микропластика, качественный состав его различается (рис. 2). Так, в пробах, полученных летом 2017 г., доминирующую позицию занял полипропилен (рис. 2, а). В весенний период в этом же районе в структуре проб лидировал полистирол (рис. 2, б).
Размерный состав частиц в исследованных образцах Земли Франца Иосифа не превышал 2 мм. Анализ материалов, отобранных на Земле Франца Иосифа, показал, что в структуре микропластика преобладают полиэстер, поливинилхлорид, полиэтилен и нейлон (55 %). Также в полученных образцах идентифицированы вещества, входящие в состав корабельных красок, преимущественно вердигрис (около 10 %), также обнаружены производные фенола в количестве 5 %, использующиеся для производства синтетических волокон и стабилизации смазочных масел. Помимо данных веществ в структуре грунта были идентифицированы соли металлов, среди которых иодид марганца, ацетат меди, ацетат алюминия, тиоцианат серебра.
Средний размер частиц, найденных в образцах грунта в Приморском крае, составляет 1,5—3 мм. Пробы, полученные в районе Обской губы в настоящее время проходят процесс пробоподготовки, но их величины соотносятся с ото бранными в вышеуказанных районах.
Анализ спектров образцов, полученных в заливе Посьета, показал, что основная часть обнаруженных частиц микропластика соответствует сополимерам, включающим полиэтилен и поливинилхлорид (45 и 16 % соответственно), также в составе образцов присутствуют нейлон, полиакрилаты, поликарбонаты (рис. 3). Также были отмечены сезонные различия.
Качественное различие по периодам пробоотбора может быть объяснено гидродинамическими особенностями районов, а также их антропогенной нагрузкой. Анализ образцов, полученных в 2019 г., дает возможность подтвердить данную гипотезу.
Заключение
Интенсивная антропогенная деятельность, неконтролируемый сброс сточных вод, увеличение объема производства и потребления пластиковых изделий привели к обострению экологической ситуации в прибрежно-морской зоне и создали угрозу загрязнения микропластиком.
Результаты исследований показали, что источники поступления загрязняющего материала в прибрежно-морскую среду в России и за рубежом резко отличаются [7]. И в отличие от побережий соседних стран, прежде всего это касается Дальневосточного региона, доминирующим источником его происхождения является рыболовство.
Концентрация микропластика в полученных образцах незначительная и не превышает 0,32 %. При этом максимальной она установлена в Амурском заливе, где также отмечено наибольшее разнообразие пластмасс. Вместе с тем следует отметить, что наиболее встречаемыми загрязнителями, характерными для всех мест пробоотбора, стали полистирол, полиэтилен и нейлон. Также выявлены незначительные сезонные различия. Так, в летний сезон наибольшую долю составили полиэтилены, а в весенний период увеличилась доля полистирола. Однако для формирования окончательных выводов требуется проведение дальнейшего мониторинга.
Литература
1. Казмирук В.Д., Казмирук Т.Н. Об определении микропластика в донных отложениях. Материалы научной конференции с международным участием "Современные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод". Ч. 2. Ростов-на-Дону, 8—10 сентября 2015 г. С. 18—22.
2. Козловский Н.В., Блиновская Я.Ю. Микропластик — макропроблема мирового океана. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 10-1. С. 159—162.
3. Высоцкая М.В., Охоткина В.Э. Оценка факторов экологической безопасности при организации морской рекреации в Приморском крае. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. №. 4. С. 85—89.
4. Пластиковый мусор разлагается в океане до ядовитых соединений. Информационное агентство "ХимОнлайн". 2010. [Электронный ресурс]. URL: http://www.himonline.ru/news/?cat_id=1&id=171273 (Дата обращения: 25.09.2019).
5. Masura J., Baker J., Foster G., Arthur C. Laboratory methods for the analysis of microplastic in the marinу enviroment. NOAA Technical memorandum. USA. 2015. 31 p.
6. Chubarenko I., Stepanova N. Microplastic in sea coastal zone: lessons learned from the Baltic amber. Environmental pollution. 2017. T. 224. P. 243—254.
7. Есюкова Е.Е., Чубаренко И.П. Особенности распределения микропластика на песчаных пляжах калининградской области (Балтийское море). Региональная экология. 2018. № 1 (51). С. 108—121.
References
1. Kazmiruk V.D., Kazmiruk T.N. Ob opredelenii mikroplastika v donnykh otlozheniyakh. Materialy nauchnoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem "Sovremennye problemy gidrokhimii i monitoringa kachestva poverkhnostnykh vod". Ch. 2. Rostov-na- Donu, 8—10 sentyabrya 2015 g. S. 18—22.
2. Kozlovskii N.V., Blinovskaya Ya.Yu. Mikroplastik — makroproblema mirovogo okeana. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovanii. 2015. № 10-1. S. 159—162.
3. Vysotskaya M.V., Okhotkina V.E. Otsenka faktorov ekologicheskoi bezopasnosti pri organizatsii morskoi rekreatsii v Primorskom krae. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovanii. 2015. №. 4. S. 85—89.
4. Plastikovyi musor razlagaetsya v okeane do yadovitykh soedinenii. Informatsionnoe agentstvo "KhimOnlain". 2010. [Elektronnyi resurs]. URL: http://www.himonline.ru/news/?cat_id=1&id=171273 (Data obrashcheniya: 25.09.2019).
5. Masura J., Baker J., Foster G., Arthur C. Laboratory methods for the analysis of microplastic in the marinu enviroment. NOAA Technical memorandum. USA. 2015. 31 p.
6. Chubarenko I., Stepanova N. Microplastic in sea coastal zone: lessons learned from the Baltic amber. Environmental pollution. 2017. T. 224. P. 243—254.
7. Esyukova E.E., Chubarenko I.P. Osobennosti raspredeleniya mikroplastika na peschanykh plyazhakh kaliningradskoi oblasti (Baltiiskoe more). Regional'naya ekologiya. 2018. № 1 (51). S. 108—121.
![Микропластик в воде и пище: [не]осведомленность](/upload/iblock/3a0/h99p373wv55ur266lw4qbbegvp6f8033.jpg)
