Автор: Микропластик (МП) размерами от 1 мкм до 5 мм является широко распространённым загрязнителем окружающей среды, для количественного анализа которого используют разнородные и не стандартизированные на сегодняшний день методы [1]. Наряду с проблемой несовершенства методологии количественного анализа МП в компонентах окружающей среды в настоящее время отсутствует единообразие в единицах измерения. Применяют разнообразные единицы для выражения количественного содержания МП в воде (ед./л или ед./м3, ед./км, ед./км2, мкг/л или мг/м3, кг/км, кг/км2), осадках и почвах (ед./кг, ед./м2, мкг/кг, мг/м2) и живых организмах (ед./особь, ед./кг, мкг/ особь, мкг/кг или мкг/г). Сопоставление данных, представленные в разных единицах измерения, затруднено, а зачастую и невозможно.
Кроме того, со временем пластик различных размеров в окружающей среде распадается на более мелкие частицы поэтому оценка содержания МП в штуках на единицу массы или объёма, на наш взгляд, не объективна для описания пластикового загрязнения в больших масштабах. Другие исследователи поддерживают данную точку зрения, считая «надёжными» единицами измерения и выражения количественного содержания МП его массу на единицу объёма или массу на единицу массы матрицы [2-3]. Массовое выражение важно и для моделирования и прогнозных оценок, например, при расчётах потоков речного транспорта МП в океаны оперируют такими единицами как кг/км2/год [4].
Среди инструментальных методов, позволяющих определять массу МП в образцах из природных и антропогенных систем, используют прямое взвешивание частиц [5] и термоаналитические методы. Есть опубликованные примеры определения массы частиц в сточных водах с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) [3]. Наиболее широко применяемым из термоаналитических методов при анализе природных вод является пиролитическая хромато-масс-спектрометрия (GS-Pyr-MS) [1]. Помимо инструментальных методов для определения массы МП с известными размерами частиц и полимерным составом применяют расчетный метод. Так, предложена методика, позволяющая довольно точно рассчитать массу МП размерами < 300 мкм из стандартных образцов и природных вод на основе данных картирования результатов спектроскопии комбинационного рассеяния в объеме частицы [6]. Причем, значимых различий между результатами, полученными с помощью 3D и 2D картирования авторы не выявили. Следовательно, линейные размеры могут использоваться для определения объема частиц, форма которых принимается за шар (для сфер), эллипсоид или параллелепипед (для фрагментов) или цилиндр (для волокон).
В рамках данного исследования с использованием расчетного метода оценено количественное содержание МП размерного диапазона от 0.15 до 5 мм в поверхностных водах двух рек — Оби и Енисея. Частицы МП из поверхностных вод р. Обь, отобранных в 14 точках от слияния Бии и Катуни до г. Салехард, и р. Енисей, отобранных в 12 точках от места образования реки в г. Кызыл до г. Дудинка, извлекали и анализировали, как описано ранее [7]. Объем частиц рассчитывали из их линейных размеров, определенных с использованием программного обеспечения ToupView 3.7.6273 с точностью до 0.1 мкм. Сведения о полимерном составе МП получали с помощью микроскопии, совмещенной со спектроскопией комбинационного рассеяния (микро-Раман). Плотность полимеров принимали по справочным данным.
Содержание МП размерного диапазона 0.15-5 мм в поверхностных водах р. Обь в среднем составило 9.53 ± 2.3 ед/м3 или 16.1 ± 8.81 мг/м3 (рисунок 1). Для Енисея среднее содержание частиц определено на уровне 1.41± 0.22 ед/м3 или 0.61 ± 0.34 мг/м3. В поверхностных водах р. Обь обнаружено значимо (p < 0.01) больше частиц в номинальном выражении по сравнению с Енисеем, однако по массе содержание МП в двух реках статистически не отличалось (рисунок 1).
Полученные данные по массовому содержанию МП в поверхностных водах Оби и Енисея позволили предположить, что современные количественные оценки переноса МП сибирскими реками несколько занижены. Совокупный экспорт пластикового макромусора и МП реками мира к морям оценивается примерно в 0.5 млн т в год [4], реки Сибири авторы относят к категории водотоков, которые, по данным расчетов, переносят не более 0.5 кг/км2/год. Если перевести полученные нами средние массовые концентрации МП в поверхностных водах Оби и Енисея (16.1 и 0.61 мг/м3, соответственно) в единицы массы на км2 с учетом отбора проб в верхнем слое 15 см, значения одномоментного содержания МП составят 2.42 кг/км2 и 0.92 кг/км2. Это выше расчетных значений, полученных Строкал М. с соавторами [4].
Таким образом, определение массы МП в поверхностных водах Оби и Енисея с использованием расчетного метода позволило сопоставить экспериментальные данные с экспертными оценками потоков пластика в реках Сибири. Выявлено, что масштабы речного транспорта МП могут быть недооценены.
Массовое выражение содержания МП более надежно при оценке пластиковой нагрузки на окружающую среду, поскольку масса является консервативной единицей измерения, оставаясь неизменной даже при распаде частиц. Переключив внимание на измерение или расчет массы МП в образцах, можно получить более точное и полное представление об истинных масштабах загрязнения окружающей среды с более высокой сопоставимостью данных разных исследовательских групп.
Благодарность: Исследование выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSWM-2024-0006).
Литература
- С. В. Пахомова, А. А. Ершова, И. А. Жданов, Е. В. Якушев // Океанологические исследования, Т.52, 80-120 (2024).
- V. Yadav, D. Pal // Sustain. Chem. One World, V. 3, 100019 (2024).
- J. Hernandez Fernandez, H. Cano, Y Guerra et al. // Sustainability, V.14, 4920 (2022).
- M. Strokal, P. Vriend, M. P. Bak et al. // Nat. Commun., V.14, 4842 (2023).
- S. Zhang // Nat. Water, V.1, 223 (2023).
- L. E. Medina Faull, Zaliznyak T., G. T. Taylor // Limnol. Oceanogr.: Methods, V.19, 369-384 (2021).
- Y. A. Frank, D. S. Vorobiev, O. A. Kayler et al. // Water, V. 13, 3248 (2021).
Авторы: Франк Ю.А., Воробьев Д.С. Томский государственный университет, г. Томск
