МИКРОПЛАСТИК В ОКЕАНЕ: ОБЗОР ПРОБЛЕМЫ И АКТУАЛЬНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

УДК 504.054 Гидроэкология и состояние гидробионтов

Микропластик в океане: обзор проблемы и актуальные направления

исследований

Microplastics in the ocean: an overview and an outlook

Суворова А.А. Anastasia A. Suvorova

Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН

В статье дан обзор научных публикаций, посвящённых составу, генезису и распространению микропластика в океане, а также его воздействию на организмы и морские экосистемы. Предложены наиболее актуальные направления изучения микропластика в Мировом океане.

Ключевые слова: микропластик; морской мусор; пластиковый мусор.

Введение. Описание проблемы

Нынешний период истории человечества часто называют пластмассовым веком (Cozar et al., 2014). Действительно, небольшой вес, коррозионная стойкость, прочность, инертность и долговечность полимерных материалов делают их пригодными для очень широкого спектра изделий (Cole et al., 2011). Однако инертность и долговечность имеют обратную сторону: массовое потребление пластиковых изделий и их короткое время использования приводят к заметному накоплению полимерных отходов (Mauro et al., 2017). Долговечность пластиков оценивается в сотни и даже тысячи лет, но эти оценки могут быть занижены, поскольку значительное количество пластика найдено в глубоководных и приполярных районах (Barnes et al., 2017), где низкие температуры и/или отсутствие света замедляют реакции распада.

За последние полвека на поверхности нашей планеты произошло много радикальных изменений, среди которых наиболее заметным является повсеместное распределение и обилие пластикового мусора (Barnes et al., 2017), который является одним из самых распространенных загрязнителей окружающей среды (Hosseini et al., 2020). Загрязнения полимерными отходами уже достигли самых разных районов планеты, включая поверхностные воды открытого океана, где они были обнаружены в различных формах, размерах, концентрациях (Cozar et al., 2014; Hosseini et al., 2020). Ежегодные программы по очистке земной поверхности, морских побережий и открытого океана от пластикового мусора, стоимость которых достигает миллионы долларов, в настоящее время организуется во многих странах и на всех континентах (Barnes et al., 2017).

Всего за несколько десятилетий, прошедших с начала массового производства пластмасс в 1940-х годах, количество производимого пластика быстро увеличилось, и уже в 2009 году в мире было произведено 230 миллионов тонн изделий, что составило

© Суворова А.А., 2021

8% от годовой мировой добычи нефти. За это время пластиковые отходы накопились не только на земной поверхности, но и в открытом океане: вдольбереговых линий, в отдаленных и глубоководных районах океана (Cole et al., 2011). Несмотря на широкое признание проблемы, борьба с накоплением пластика остаётся малоэффективной, и пластиковый мусор оказывает всё большее влияние на биосферу Земли (Barnes et al., 2017). С точки зрения экологической безопасности важнейшим отрицательным свойством полимерных материалов является их способность не разлагаться, а распадаться на более мелкие частички, под действием солнца, морской воды, ветров, что приводит к загрязнению окружающей среды (Cozar et al., 2014; Bertoldi et al., 2020).

Отметим, что накопление пластика представляет собой не только экологическую проблему. Во-первых, присутствие пластикового мусора в морской воде неприятно с чисто эстетической точки зрения, снижает рекреационный потенциал акваторий и оказывает негативное влияние на туристическую индустрию. Во-вторых, запутываясь и/или накапливаясь в сетях или забортном оборудовании, пластик снижает эффективность рыбного промысла, аквакультуры, судоходства и т.п. (Cozar et al., 2014). Ниже мы рассмотрим только экологические аспекты накопления пластикового мусора, сосредоточившись на микропластике.

Классификация и происхождение микропластика

Источников пластмасс в окружающей среде много, но прямое загрязнение морей происходит из-за муниципальных отходов прибрежных городов, рекреационного и коммерческого рыболовства. Пластиковые отходы накапливаются также в результате туристической деятельности, из-за работы морских флотов и причалов, от нефтепромышленных объектов, расположенных вблизи водных экосистем (Barnes et al., 2017).

В соответствии с размерами распадающиеся полимеры классифицируются как мегапластики с характерным размером более 100 мм, макропластики (20-100 мм), мезопластики (5-20 мм) и микропластики (< 5 мм) (Barnes et al., 2017; Li et al., 2020). Микропластики представляют потенциально самую большую экологическую опасность для окружающей среды.

Принято классифицировать полимерные отходы не только по размерам, но и по источникам. В этом случае микропластики могут быть первичными, к ним относятся любые пластиковые фрагменты размером 5,0 мм и менее до попадания в окружающую среду. Источниками являются микроволокна одежды, пластиковые гранулы, очищающие средства и т.п. (Barnes et al., 2017; Hosseini et al., 2020).

Вторичными микропластиками являются полимерные отходы, образующиеся в результате разрушения крупного мусора. Это частички пластика, которые подвергаются процессам фрагментации или фотодеградации как в море, так и на суше. Источниками этого типа микропластика являются продукты распада пластиковых пакетов, одноразовой посуды, питьевых бутылок и т.п. (Barnes et al., 2017; Hosseini et al., 2020).

Микропластик образуется не только в результате разложения более крупных частиц, мелкие пластиковые частицы широко применяется в разных областях современной человеческой деятельности. Мельчайшие полимерные материалы используются в недорогих косметических средствах, в качестве средств для очищения и отшелушивания кожи (Anagnosti et al., 2021) где они заменяют более качественные и натуральные ингредиенты (Hosseini et al., 2020). Современная синтетическая одежда содержит большое количество полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых синтетических волокон (Mistri et al., 2020). В результате использования косметики и стирки/чистки одежды частицы микропластика смываются в канализационные стоки и, в конце концов, в значительных количествах накапливаются в морях и океанах (Ivar do Sul, 2021).

В Таблице 1 перечислены основные типы пластика, встречающиеся в природной среде (Barboza et а1., 2019).

Таблица 1. Основные типы пластиков Table 1. The main types of plastics

Типы пластика Общепринятая аббревиатура Применение

Полипропилен PP бутылки, стаканчики, садовая мебель, пищевые контейнеры, упаковочные ленты

Полиэтилен PE пакеты, питьевые бутылки

Полиэтилен низкой плотности LDPE мусорные мешки, оберточная бумага, сельскохозяйств енные пленки, материалы для изоляции трубопроводов

Полиэтилен высокой плотности HDPE контейнеры, тары, производство трубопроводов

Полиэтилентерефталат PET волокна, пищевые пленки, пластиковые бутылки

Полистирол PS одноразовая посуда, имитированный хрусталь, пластиковые игрушки

Ударопрочный полистирол HIPS пластиковые контейнеры, электроника

Полиамид PA текстильные волокна, щетинки зубной щетки, молдинги для автомобильных двигателей

Полиэстер PES текстильные волокна

Поливинилхлорид PVC водопроводные трубы, фитинги, материалы для электропроводки, садовые шланги

Поликарбонат PC очки, защитные экраны, светофоры, строительные материалы

Масштабы распространения пластика

Распространение микропластика изучено значительно слабее, чем распространение более крупных фракций. Ситуация осложняется тем, что микропластик менее заметен. Его истинное распределение и концентрация в морской среде оценить значительно труднее, чем распределение и концентрацию крупных фракций. В качестве рабочей гипотезы мы можем предположить, что распространение в океане микропластика и пластика более крупных фракций имеют общие закономерности. Вкупе с генезисом микропластика (значительная его часть получается в результате разложения крупных фракций) это должно приводить к тому, что

распределение в океане мезо- и макропластика, которое хоть как-то изучено, отражает и распределение микропластика.

Накопление микропластиков постоянно увеличивается на морских берегах и в донных отложениях, причём в течение последних четырех десятилетий этот процесс происходит с ускорением (Barnes et al., 2009). Первые упоминания о загрязнении океанов полимерными отходами появились в начале 1970-х годов (Carpenter and Smith, 1972). Пластмассы долговечны, что позволяет им годами оставаться в морской воде (Barboza et al., 2019).

К 2010 г. в 192 прибрежных странах было произведено 275 миллионов тонн пластиковых отходов, а в океан попало от 4,8 до 12,7 миллиона тонн. К тому моменту полимеры составляли уже 60-80% всего морского мусора, встречающегося в мире (Barboza et al., 2019). Значительная часть полимерного мусора скапливалась в районах Северного полушария, в замкнутых морях и на акваториях, прилегающих к крупным городским агломерациям. На отдаленных островных территориях, на морском дне континентального шлейфа и глубоководных районах плотность полимерного мусора ниже (Barnes et al., 2017).

Ежегодные исследования на побережьях морей и океанов показали, что темпы накопления пластиков разных фракций существенно различаются, причём микропластик накапливается опережающими темпами. Средний размер пластиковых частиц в окружающей среде, по-видимому, уменьшается, а количество фрагментов микропластиков увеличиваются за счет фотодеградации (Barnes et al., 2017). Как следствие - микропластики были обнаружены во всех основных биотопах нашей планеты, в морских и пресных водах, атмосфере (Hosseini et al., 2020).

Воздействие микропластиков на организменном уровне

Пластик различных размерных фракций действует на организмы и экосистемы по-разному, причём воздействие микропластика наименее изучено. Присутствие мельчайших пластиковых фрагментов в открытом океане впервые было замечено в 1970-х годах, а возобновившийся в последнее десятилетие научный интерес к изучению микропластиков показал, что эти загрязняющие вещества широко распространились в морской среде, нанося вред биоте. Морские обитатели питаются пластиковой крошкой, принимая её за планктон, и таким образом, пластмассы попадают в трофические цепи пелагиали (Cole et al., 2011). Проглатывание полимерного мусора представляет серьезную угрозу для морских животных. Существует два типа влияния пластика на животный организм - это физические и физиологические повреждения, которые связаны между собой (Barboza et al., 2019).

К физическим повреждениям относятся проглоченные мезо - и микропластиковые острые частицы, которые повреждают внутренние органы, прокалывают оболочку пищеварительной системы, приводя к появлению язв, воспалений и возникновению инфекций. При попадании в желудок животного пластикового пакета происходит закупорка, которая приводит к ложному чувству сытости и снижению выносливости организмов (Barboza et al., 2019).

Физические повреждения в результате часто приводят к физиологическим повреждениям. Пластиковый мусор способен выделять опасные токсические химические соединения, а также накапливать и переносить загрязняющие вещества. Тем самым он влияет на иммунитет животных, их репродуктивную систему и динамику популяции (Barboza et al., 2019).

Проглоченные микроскопические пластиковые частицы повреждают внутренние органы и выделяют внутрь организма химические вещества, такие, как бисфенол-а (оказывает негативное влияние на головной мозг, репродуктивную систему, а также служит причиной ряда онкологических заболеваний), пестициды, которые нарушают защитные функции организма, останавливает рост и размножение клеток.

Как и в случае с распространением в океане, воздействие на морские организмы изучено в основном в отношении более крупных частиц пластика и более крупных организмов. Известно, что высокая концентрация полимерного мусора приводит к травмам и гибели морских птиц, млекопитающих, рыб и рептилий, которые запутываются в более крупных частицах или забивают пищеварительный тракт более мелкими. Это может привести как к мгновенному летальному исходу, так и к травмам и как следствие - к уменьшению выживаемости. Такая проблема особенно остро стоит перед редкими видами и видами с пониженной плодовитостью, таких как некоторые рыбы, крабы, черепахи, млекопитающие, птицы (Barboza et al., 2019).

Заключение. Актуальные направления исследований

За последнее десятилетие резко возросшее число исследований позволило существенно расширить знания о микропластиках в природе. Тем не менее, фундаментальные вопросы и проблемы остаются нерешенными. Перечислим два направления, которые на данный момент являются самыми актуальными.

Первый из них связан с масштабом распространения микропластиков. Фрагментарный отбор проб показал, что мельчайшие полимерные частички являются широко распространенными морскими загрязнителями, присутствующими во всей толще воды, однако их истинная концентрация остаётся неизвестной. Можно предположить, что открытые воды (пелагиаль) Мирового океана, которые занимают более 95% обитаемого объёма биосферы Земли (Dawson, 2012), содержат и основное количество взвешенных микропластиковых частиц, без учёта которых любые глобальные оценки пластикового мусора на нашей планете остаются чисто умозрительными. Добавим, что часть микропластика оказывается не в водной среде, а внутри тел морских организмов и оценка этой доли - отдельная методическая задача. Отработка методов сбора и оценки массы микропластика в толще вод Мирового океана, особенно в его глубоководной зоне, а также в телах планктонных организмов остаётся задачей номер один.

Второе направление связано с изучением воздействия микропластиков на морские организмы с того момента, когда пластиковые частицы оказываются включёнными в трофические цепи (Cozar et al., 2014). Здесь, безусловно, необходимы экспериментальные исследования. Учитывая наиболее вероятный путь включения микропластика в трофические цепи через фильтраторов, особое внимание следует сосредоточить на экспериментах с этой трофической группой организмов, будь они донными (например, двустворчатые моллюски или полихеты) или планктонными (копеподы, криль).

Работа выполнена в рамках Госзадания № 0128-2021-0009 «Структура и динамика пелагических сообществ на разных шкалах: от микро- до океанического масштаба в пространстве, от синоптического до макроэволюционного масштаба во времени. Экологически опасные и катастрофические явления биологической природы в морях и океане: виды-вселенцы, аномальные и вредоносные «цветения» морских организмов».

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

Список литературы

1. Anagnosti L., Varvaresou A., Pavlou P., Protopapa E., Carayanni V. Worldwide actions against plastic pollution from microbeads and microplastics in cosmetics focusing on European policies. Has the issue been handled effectively? // Marine Pollution Bulletin. 2021. V.162. P. 111883. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2020.111883

2. Barboza L., Cozar A., Gimenez B., Barros T., Kershaw P., Guilhermino L. Macroplastics pollution in the marine environment // World Sean: An environmental. 2019. P. 305-328. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-805052-1.00019-X

3. Barnes D., Galgani F., Thompson R., Barlaz M. Accumulation and fragmentation of plastic debris in global environments // Phil. Trans. R. Soc. B. 2009. №364. P. 1995-1998. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2008.0205

4. Bertoldi C., Lara L.Z., deMizushima F.A.L., Martins F.C.G., Battisti M.A., HinrichsR., FernandesA.N. First evidence of microplastic contamination in the freshwater of Lake Guaiba, Porto Alegre, Brazil // Science of the Total Environment. 2020. V. 759. P. 143503. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.143503

5. Carpenter E.J., & Smith K.L. Plastics on the Sargasso Sea surface // Science. 1972. V. 175, №4027. P. 1240-1241. DOI: https://doi.org/10.1126/science.175.4027.1240

6. Cole M., Lindeque P., Halsband C., Galloway T. S. Microplastics as contaminants in the marine environment: A review // Marine pollution bulletin. 2011. V. 62, №12. P. 2588-2597. DOI: https ://doi.org/10.1016/j. marpolbul.2011.09.025

7. Cozar A., Echevarna F., Gonzalez-Gordillol J., Irigoien X., Ubeda B., Hemandez-Leon S., Palma A.T., Navarro S., Garcia-de-Lomas J., Ruiz A., Fernandez-de-Puelles M.L. and Duarte C.M. Plastic debris in the open ocean // Proceedings of the National Academy of Sciences. V. 111, №28. P. 10239-10244. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1314705111

8. Dawson M.N. Species richness, habitable volume, and species densities in freshwater, the sea, and on land // Frontiers of Biogeography. 2012. V. 4, №3. P. 105-116. DOI: https://doi.org/10.21425/F5FBG12675

9. Hosseini R., Sayadi M., Aazami J., Savabieasfehani M.Accumulation and distribution of microplastics in the sediment and coastal water samples of Chabahar Bay in the Oman Sea, Iran // Marine pollution bulletin. 2020. V. 160. P. 111682. DOI: https://doi.org/110.1016/j.marpolbul.2020.111682

10. Ivar do Sul J.A. Why it is important to analyze the chemical composition of microplastics in environmental samples // Marine Pollution Bulletin. 2021. V. 165. P. 112086. DOI: https ://doi. org/10.1016/j. marpolbul.2021.112086

11. Li C., Gan Y., Zhang C., He H., Fang J., Wang L., Wang Y., Liu Y. "Microplastic communities" in different environments: Dif- ferences, links, and role of diversity index in source analysis // Water Research. 2020. V. 188. P. 116574. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116574.

12. Mauro R., Kupchik M. J., Benfield M. C. Abundant plankton-size microplastic particles in shelf waters of the northern Gulf of Mexico // Environmental Pollution. 2017. V. 230. P. 798-809. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.07.030

13. Mistri M., Scoponi M., Granata T., Moruzzi L., Investigation, Massara F., Munari C. Types, occurrence and distribution of microplastics in sediments from the northern Terrhenian Sea // Marine Pollution Bulletin. 2020. V. 153. P. 111016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2020.111016

14. Shiganova T.A., U. Sommer, J. Javidpour, J.C. Molinero, A. Malej, A.S. Kazmin, M. Isinibilir, E. Christou, I. Siokou- Frangou, M. Marambio, V. Fuentes, Z.A. Mirsoyan, N. Gulsahin, F. Lombard, M.K.S. Lilley, D.L. Angel, B.S. Galil, D. Bonnet, F. Delpy. Patterns of invasive ctenophore Mnemiopsis leidyi distribution and variability in different recipient environments of the Eurasian seas // Marine Environmental Research. 2019. V. 152. P. 104791. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2019.104791

Статья поступила в редакцию 1.11.2021; после доработки 29.11.2021; принята к публикации 30.11.2021 Сведения об авторе

Суворова Анастасия Александровна - инженер, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия (Shirshov Institute of Oceanology RAS, Moscow, Russia), Лаборатория структуры и динамики планктонных сообществ; lovesuvorchik@mail.ru; ORCID - https://orcid.org/0000-0002-7840-1766 Корреспондентский адрес: Россия, 117997, г. Москва, Нахимовский проспект, 36, ИОРАН; телефон (499)124-79-40.

Microplastics in the ocean: an overview and an outlook

Anastasia A. Suvorova

Shirshov Institute of Oceanology RAS

The article provides an overview of scientific publications on the composition, genesis and distribution of microplastics in the ocean, as well as its effects on organisms and marine ecosystems. The most relevant areas of study of microplastics in the oceans are proposed.

Keywords: microplastics; Marine litter; plastic debris.

References

1. Anagnosti L., Varvaresou A., Pavlou P., Protopapa E., Carayanni V. Worldwide actions against plastic pollution from microbeads and microplastics in cosmetics focusing on European policies. Has the issue been handled effectively? Marine Pollution Bulletin. 2021. V.162. P. 111883. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2020.111883

2. Barboza L., Cozar A., Gimenez B., Barros T., Kershaw P., Guilhermino L. Macroplastics pollution in the marine environment. World Sean: An environmental. 2019. P. 305-328. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-805052-1.00019-X

3. Barnes D., Galgani F., Thompson R., Barlaz M. Accumulation and fragmentation of plastic debris in global environments. Phil. Trans. R. Soc. B. 2009. No.364. P. 1995-1998. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2008.0205

4. Bertoldi C., Lara L.Z., de Mizushima F.A.L., Martins F.C.G., Battisti M.A., Hinrichs R., Fernandes A.N. First evidence of microplastic contamination in the freshwater of Lake Guaiba, Porto Alegre, Brazil. Science of the Total Environment. 2020. V. 759. P. 143503. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.143503

5. Carpenter E.J., & Smith K.L. Plastics on the Sargasso Sea surface. Science. 1972. V.175. No.4027. P. 1240-1241. DOI: https://doi.org/10.1126/science.175.4027.1240

6. Cole M., Lindeque P., Halsband C., Galloway T. S. Microplastics as contaminants in the marine environment: A review. Marine pollution bulletin. 2011. V.62. No.12. P. 2588-2597. DOI: https ://doi.org/10.1016/j. marpolbul.2011.09.025

7. Cozar A., Echevarna F., Gonzalez-GordilloI J., Irigoien X., Ubeda B., Hemandez-Leon S., Palma A.T., Navarro S., Garcia-de-Lomas J., Ruiz A., Fernandez-de-Puelles M.L. and Duarte C.M. Plastic debris in the open ocean. Proceedings of the National Academy of Sciences. V.111. No.28. P. 10239-10244. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1314705111

8. Dawson M.N. Species richness, habitable volume, and species densities in freshwater, the sea, and on land. Frontiers of Biogeography. 2012. V.4. No.3. P. 105-116. DOI: https://doi.org/10.21425/F5FBG12675

9. Hosseini R., Sayadi M., Aazami J., Savabieasfehani M. Accumulation and distribution of microplastics in the sediment and coastal water samples of Chabahar Bay in the Oman Sea, Iran. Marine pollution bulletin. 2020. V.160. P. 111682. DOI: https://doi.org/110.1016/j.marpolbul.2020.111682

10. Ivar do Sul J.A. Why it is important to analyze the chemical composition of microplastics in environmental samples. Marine Pollution Bulletin. 2021. V.165. P. 112086. DOI: https ://doi. org/10.1016/j. marpolbul.2021.112086

11. Li C., Gan Y., Zhang C., He H., Fang J., Wang L., Wang Y., Liu Y. "Microplastic communities" in different environments: Dif- ferences, links, and role of diversity index in source analysis. Water Research. 2020. V.188. P. 116574. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116574.

12. Mauro R., Kupchik M. J., Benfield M. C. Abundant plankton-size microplastic particles in shelf waters of the northern Gulf of Mexico. Environmental Pollution. 2017. V.230. P. 798-809. DOI: https://doi.org/10.1016Zj.envpol.2017.07.030

13. Mistri M., Scoponi M., Granata T., Moruzzi L., Investigation, Massara F., Munari C. Types, occurrence and distribution of microplastics in sediments from the northern Terrhenian Sea. Marine Pollution Bulletin. 2020. V.153. P. 111016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2020.111016

14. Shiganova T.A., U. Sommer, J. Javidpour, J.C. Molinero, A. Malej, A.S. Kazmin, M. Isinibilir, E. Christou, I. Siokou- Frangou, M. Marambio, V. Fuentes, Z.A. Mirsoyan, N. Gulsahin, F. Lombard, M.K.S. Lilley, D.L. Angel, B.S. Galil, D. Bonnet, F. Delpy. Patterns of invasive ctenophore Mnemiopsis leidyi distribution and variability in different recipient environments of the Eurasian seas. Marine Environmental Research. 2019. V.152. P. 104791. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2019.104791

ССЫЛКА:

Суворова А.А. Микропластик в океане: обзор проблемы и актуальные

направления исследований // Экология гидросферы. 2021. №1 (6). С. 1-7. URL: http://hydrosphere-ecology.ru/245

Suvorova A.A. Microplastics in the ocean: an overview and an outlook. Hydrosphere Ecology. 2021. №1 (6). P. 1-7. URL: http://hydrosphere-ecology.ru/245

DOI - https://doi.org/10.33624/2587-9367-2021-1(6)-1-7