Микропластик в снежном покрове юга Западной Сибири

¹Малыгина Н.С., ¹Бирюков Р.Ю., ¹Золотов Д.В., ¹Курятникова Н.А., ¹Митрофанова Е.Ю., ^1,2Першин Д.К., ^1,3Черных Д.В.

¹Институт водных экологических проблем СО РАН, Барнаул, Россия

²Московский государственный университет им М.В. Ломоносова, Москва, Россия

³Алтайский государственный университет, Барнаул, Россия

E-mail: natmgn@gmail.com

Производство пластмасс увеличивается во всем мире, включая Россию, однако объемы выбросов (не переработанного, утилизированного или захороненного) пластика, к сожалению, не снижаются [1, 2]. Cо временем, во внешней среде, пластик деградирует, что приводит к появлению более мелких частиц или волокон пластика, которые при размере менее 5 мм относят к вторичному микропластику [3, 4]. В окружающую среду микропластик может поступать на всех этапах жизненного цикла изделий из пластмасс и к настоящему времени уже обнаружен практических во всех средах [5, 6].

Среди основных каналов поступления микропластика в окружающую среду в последнее время выделяют атмосферный перенос, при этом атмосферные осадки (в виде дождя и снега) способствуют осаждению микропластика на подстилающую поверхность и его частицы могут выступать в качестве ядер конденсации [4, 7-9]. В этой связи снежный покров рассматривают в качестве аккумулятора атмосферных вымываний микропластика, в том числе и в городских районах, однако, метеорологические условия не всегда являются определяющими в поступлении микропластика в окружающую среду, зачастую уступая место влиянию локальных источников его поступления [10].

Исследований, посвященных изучению микропластика в снежном покрове, включая урбанизированные районы, в России до настоящего времени не проводилось, в этой связи, целью настоящей работы является идентификация микропластика в снежном покрове (аккумуляторе атмосферных вымыва ний в течении холодного периода) юга Западной Сибири, в частности, в городе Барнауле и прилегающих к нему территориях.

Пробы снега отбирали в период максимального снегонакопления (1 марта 2020 г.) с соблюдением требований, разработанных в Норвежском институте по исследованию воздуха [11]. По мере поступления в лабораторию пробы снега таяли при комнатной температуре в закрытых фольгой стеклянных контейнерах, а затем фильтровали через стекловолоконные фильтры (диаметр пор 0,2 мкм). Визуальную оценку микрочастиц осуществляли с использованием цифрового микроскопа Dino-Lite AM211, и дополнительно использовали раствор флуоресцентного красителя (Nile Red), который уже успешно применяется для идентификации микропластика, а также как лампу Вуда (длина волны 360 нм) [12, 13]. Все основные операции ГИС-анализа и компоновка оригинал-макетов карт были выполнены в среде ESRI ArcGIS Pro 2.5.0. Для оценки возможного атмосферного распространения и осаждения частиц проводили анализ синоптических условий холодного периода 2019-2020 гг. в районе г. Барнаула, на основе данных ERA5 Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts – ECMWF) [14], а обратные траектории движения воздушных масс рассчитывали с помощью модели Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory – HYSPLIT [15].

В ходе проведения визуальной идентификации с использованием цифрового микроскопа Dino-Lite AM211 в пробах было обнаружено большое количество разнообразных частиц имеющих разнообразную форму и окраску (рис. 1).

На следующем этапе флуоресцентным красителем Nile Red окрашивали фильтры с 18 точек отбора и проводилось их повторное микроскопирование с фотофиксацией результатов как при обычном, так и при ультрафиолетовом освещении. Следует отметить, что не все частицы вступили в реакцию с красителем, видимую в ультрафиолете, т.е. приобрели свечение (рис. 2). Отсутствие свечения у окрашенных частиц и волокон указывало на то, что они не относятся к пластику.

Таким образом, в фильтрах, полученных для 16 точек (рис. 3), нам удалось идентифицировать частицы и волокна микропластика. Идентифицированные гранулы микропластика имели диаметр в диапазоне от 100 до 600 мкм, в то время как волокна и пленки достигали длины 1200 мкм. В двух фильтрах (точки № 12 и 13) ни одно из включений не дало свечения, т.е. не было определено ни одной частицы микропластика.

В целях оценки атмосферного поступления микропластика на высотах пограничного слоя атмосферы по данным ERA5 в HYSPLIT были рассчитаны среднемесячные частотные обратные траектории движения воздушных масс (рис. 3). Полученные результаты показали, что для 16 точек в которых был определен микропластик, основные источники его атмосферного поступления располагались в радиусе 30 км.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-05-50055.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Россия в цифрах. – М: Росстат, 2019. – 549 с.

2. Law Production, use, and fate of all plastics ever made / R. Geyer, J.R. Jambeck, K.L. // Science Advances. – 2017. – V. 3. – P. 1-5.

3. Russell Lost at sea: where does all the plastic go? / R.C. Thompson, Y. Olsen, R.P. Mitchell, A. Davis, S.J. Rowland, A.W.G. John, D. McGonigle, A.E. // Science. – 2004. – V. 304. – P. 838.

4. Kershaw P.J., Rochman C.M. Sources, fate and effects of microplastics in the marine environment: part two of a global assessment. – GESAMP, 2016. – 220 р.

5. Distribution and importance of microplastics in the marine environment: A review of the sources, fate, effects, and potential solutions / H.S. Auta, C.U. Emenike, S.H. Fauziah // Environment International. – 2017. – V. 102. – P. 165-176.

6. Identifying a quick and efficient method of removing organic matter without damaging microplastic samples / J.C. Prata, J.P. da Costa, A.V. Girão, I. Lopes, A.C. Duarte, T. Rocha-Santos // Science of the Total Environment. – 2019. – V. 686. – P. 131-139.

7. Consistent transport of terrestrial microplastics to the ocean through atmosphere / K. Liu, T. Wu, X. Wang, Z. Song, C. Zong, N. Wei, D. Li // Environmental Science & Technology. – 2019. – V. 53. – P. 10616-10619.

8. Importance of atmospheric transport for microplastics deposited in remote areas / Y. Zhang, T. Gao, S. Kang, M. Sillanpaa // Environmental Pollution. – 2019. – V. 254. – P. 295-303.

9. Microplastic contamination in an urban area: a case study in Greater Paris / R. Dris, C.J. Gasperi, A.V. Rocher, B.M. Saad, N. Renault, B. Tassin // Environmental Pollution. – 2019. – V. 254. – P. 229-237.

10. Bertling J., Bertling R., Hamman L. Kunststoffe in der umwelt: mikro- und makroplastik. – Dresden: UMSICHT, 2018. – 56 p.

11. Ask A., Anker-Nilssen T., Herzke D., Trevail A., Franeker J.A., Gabrielsen G. W. Contaminants in northern fulmars (Fulmarus glacialis) exposed to plastic. Copengagen: TemaNord, 2016. – 49 p.

12. Characteristic of microplastics in the atmospheric fallout from Dongguan city, China: preliminary research and first evidence / L. Cai, J. Wang, J. Peng, Z. Tan, Z. Zhan, X. Tan, Q. Chen // Environmental Science and Pollution Research. – 2017. – V. 24. – P. 24928-24935.

13. Nile red staining in microplastic analysis—proposal for a reliable and fast identification approach for large microplastics / E. Hengstmann, E. K. Fischer // Environmental Monitoring and Assessment. – 2019. – V. 191. – P. 612- 620.

14. European Centre for Medium-Range Weather Forecasts. URL: https://www.ecmwf.int/en/forecasts/ datasets/reanalysis-datasets/era5 (дата обращения: 07.06.2020).

15. Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory. URL: https://www.ready.noaa.gov/ HYSPLIT.php (дата обращения: 14.06.2020).