Мои тексты про пластик        19 декабря 2019        723         0

Уготована ли пластику судьба Летучего голландца — вечное скитание в океане?

 
В прошлых мини-обзорах я показал, что что две страшилки про пластик противоречат данным, опубликованным в научной литературе.
 
1. Куски пластика, особенно микро, не служат основной причиной гибели морских животных. Потерянные/выброшенные сети убивают гораздо эффективнее.
2. Животные-фильтраторы не обречены пассивно глотать куски микропластика, одни животные умеют активно их избегать, другие  успешно избавляются  от проглоченных несъедобных частиц, натуральных и синтетических.
Использованные мной научные публикации вполне доступны, так что их игнорирование целиком на совести авторов страшилок.
 
А в этот раз речь пойдет о самой главной страшилке про пластик — о его бессмертии. И вечно будет носиться пластик по волнам Мирового океана как Летучий Голландец.
 
 
Пусть производство бумаги и металла дороже, чем производство синтетических полимеров, и наносит гораздо более значительный ущерб окружающей среде.
Но ведь нас уверяют, что бумага и металлы разлагаются, а пластик нет.
Вроде бы всем понятно, что такое «разложение». Но именно что «вроде бы».

 

 

На самом деле большинство страдающих о неразлагаемом пластике  не знают, о чем идет речь. Так до какой стадии разлагаться желаете?
Просто механически разрушиться — так это ужасный микропластик получится, окислиться до углекислого газа и воды — так они и есть ужасные парниковые газы, и нет разницы, бензин ли быстро окислится в двигателе автомобиля (сгорание — это и есть окисление), пластик медленно окислится на свалке или быстро в утилизационной печи. На выходе все равно СО2 и Н2О.
 
Но это общие рассуждения, а есть и научные исследования, опровергающие опасения о вечной жизни пластикового мусора
 
1. Солнце, воздух и вода.
 
Волны, лед, ветер механически разрушают большие куски пластика. Но одновременно идет и нарушение химических связей полимерных молекул. У полимеров с основной углеродной цепью (полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид) под воздействием света происходит разрыв связей углеродной цепи. Полиэтилентерефталат и полиуретан, содержащие  в своей основной цепи не только атомы углерода, могут разрушаться и по другим связям в результате гидролиза, фотоокисления и биоразложения (1).
Это приводит к образованию более мелких фрагментов и концевых карбоксильных групп. Несколько вариантов деградации могут проходить одновременно, потому и продукты деградации могут быть весьма разнообразны.
 
А вот свежая публикация, октябрь 2019 года (2).
В экспериментах с имитацией солнечного излучения полистирол разлагался на углекислый газ и растворимые молекулы углеводородов.
 
 
Полистирол принято рассматривать как самый долгоживущий пластик, поскольку он не восприимчив к биологическим воздействиям. Конкретные сроки разложения полистирола в естественной среде определяются внешними условиями и теми добавками, которые присутствуют в конкретных марках этого полимера. Авторы пишут: «Но наши первоначальные оценки времени жизни в окружающей среде противоречат идее, что ПС сохраняется в окружающей среде в течение тысячелетий — как утверждают ведущие международные и правительственные агентства, которые ангажированы политиками».
 
После того, как поверхность пластиковых фрагментов окажется немного пошкарябаной светом, водой и воздухом, за дело берутся живые организмы.
 
2. От мала до велика.
 
Среди обитателей вод очень многие ведут сидячий образ жизни — от примитивных губок и до асцидий, принадлежащих к тому же типу хордовых, что и мы. Но даже у сидячих животных есть свободноплавающие личинки. Жизнь в планктоне опасна, многие планктеры практически беззащитны, но для малоподвижных животных планктонный этап в развитии – единственная возможность расширить ареал, то есть попасть в новые места.
Момент перехода из планктонного состояния в оседлое – наиболее критический в жизни сидячих животных – нужно найти хорошее место, где много света, хорошее течение. Не нашедшие себе места погибают. Так что любая незанятая поверхность, находящаяся в море, интенсивно заселяется живыми существами, оседающими из планктона. Отсюда возникает проблема обрастания кораблей, рыбоводных садков, гидротехнических сооружений, трубопроводов.
 
Поэтому куски пластика, плавающие или лежащие на дне, тоже обрастают микро- и макроорганизмами.
Первые сообщения об этом появились еще в 70 годы. На кусочках микропластика из Саргассова моря обнаружены диатомовые водоросли и гидроидные полипы (3).
Современные методы позволили расширить список обрастателей микропластика. В Австралии  на  68 кусочках длиной от 1,7 до 24,3 мм, собранных в тропических и умеренных водах, обнаружили (4):
диатомовые водоросли, 14 родов;
кокколитофоридные водоросли, 7 родов;
жгутиконсцы Ceratium;
морские ослики;
черви;
и отдельные клетки разнообразной формы, которые, по-видимому, являются бактериями и грибами.
Как видим, на микропластике живут не только сидячие, но и свободноживущие донные организмы (черви, ракообразные).
 
В Средиземном море исследовали куски микропластика, как плавающие в воде, так и лежащие на дне (5). На всех была жизнь: одноклеточные водоросли и простейшие, грибы, мшанки.
Но больше всего на пластике обитает микроорганизмов (6). Найдены прокариоты — бактерии и археи (на рисунке), а так же эукариоты, представленные простейшими, одноклеточными водорослями и грибами.
Некоторые микроорганизмы встречены только на пластике, или только на стекле, то  есть тип субстрата имеет для них значение.
 
 
Обрастатели влияют на свойства самого микропластика. Его плавучесть уменьшается и он тонет (7). Но обрастатели, особенно микроорганизмы, не просто сидят на пластике, они его жуют понемногу, питаясь углеродом и другими элементами (8). Куски пластика становятся меньше.
 
И не только меньше, но и вкуснее. Оказалось, что рачки охотнее поедают микрочастицы, проведшие в воде долгое время, чем новые такой же формы и размера (9). Объясняют это тем, что старые микрочастицы покрыты бактериальной пленкой, то есть имеют хороший вкус и определенную пищевую ценность. Едим же мы ягоды и фрукты, в которых есть несъедобные косточки. Мы их либо выплевываем, либо проглатываем, а потом они нас покидают без проблем.
 
Можно ли прожить, питаясь тонким слоем живых клеток на несъедобной основе? Можно! Пример тому — рыба-попугай, достаточно крупная рыба, которая питается твердыми кораллами, в которых есть всего два слоя живых клеток и много кальциевого скелета.
 
3. Кто дает продукт вторичный, тот питает всех отлично
 
Пытливые ученые проследили судьбу микропластика и после того, как он покинул тело проглотившего его рачка. Нет, они не претендовали на Шнобелевскую премию. Попробую объяснить, почему это важно.
 
Первичная продукция океана в основном образуется в верхнем слое воды, куда проникает солнечный свет. Нет света — нет фотосинтеза — нет связывания углерода и превращения его в органические молекулы. Глубина этого слоя в различных участках океана зависит от прозрачности воды. В чистых водах Саргассова моря это 200 м, в умеренных широтах — около 40 м,  в мутных водах Северного и Балтийского морей — не более 30 м, а в прибрежной зоне — всего несколько метров. Вот только тут живут планктонные  и донные водоросли, а так же те, кто ими питается. Тем, кто живет глубже свежая зелень недоступна.
 
И что  же им есть? Немного выручает эстафета вертикальных миграций. Многие виды на ночь опускаются глубже. Там их съедают те, кто в свою очередь опустится еще глубже. Так вот до дна пища доходит. Но гораздо большее значение имеет поток мертвой органики с поверхностных слоев на дно. Морские биологи разделяют его на  два главных компонента: «дождь трупов» — останки животных и «морской снег» — это органо-минеральные частицы, в том числе и фекалии.
 
Упоминавшиеся выше исследования проводили на свободноживущих веслоногих раках (Copepoda).  Эти раки —  важнейший компонент зоопланктона, они образуют несколько звеньев пищевой цепи, поедая водоросли, мелких планктонных животных, детрит и иную мертвую органику. Их самих едят более крупные животные.

Но едят не только самих рачков, но и их какашки (научное название — фекальные пеллеты). Эти какашки тяжелее воды и поэтому достаточно быстро погружаются на дно. А поскольку в них сохраняется много органики, то их едят как в процессе погружения, так и на дне. Понимая важную роль фекалий в энергетических потоках, биологи давно их изучают. Вот, на иллюстрации определительная таблица пеллет из публикации 1978 г.  (10).

 
Поэтому  британские и норвежские ученые решили проследить, как микропластик влияет на качество какашек (11).
Для этого они использовали веслоногих рачков двух видов — Centropages typicus и Calanus helgolandicus. Оба рачка имеют длину 2-3 мм. Но первый из них ест водоросли и животных. А у второго до трети рациона составляют чужие фекальные пеллеты (12).
 
Сперва C. typicus накормили смесью водорослей и микрошариков из полистирола. Дождались, пока микрошарики выйдут наружу, упакованные в пеллеты (вот они, на картинке).
 
 
Их собрали, отмыли их от микропластика, прилипшего снаружи, и предложили эти пеллеты C. helgolandicus, которые их съели и тоже выкакали.
 
То есть микрошарики как вошли, так и вышли, в организме не застряли. Но вошли поодиночке, а вышли упакованными в хитиновую оболочку (13). Рачок длиной в 2-3 мм выдает в сутки 12-13  какашек длиной 0,5 мм. Размер пеллеты не зависел от того, были в ней микрошарики, или нет. А вот плотность, а, соответственно, и скорость погружения пеллет, зависела. Упаковки с микропластиком были легче и тонули хуже. Ведь плотность морской воды 1.03, какашек без микропластика 1.26, а с микропластиком  1.13, потому что плотность полистирола 1.05.
 
И отсюда несколько выводов.
Микропластик заходит в рачка и выходит. Потом снова заходит в рачка-капрофага и опять выходит.
Капрофаги могут есть микропластик даже не зная этого, поскольку он внутри упаковки (Но точно так же хищники могут его съесть, поскольку он в кишках у жертвы).
У проглоченного микропластика гораздо больше шансов оказаться на дне, чем у свободноплавающего, даже если сам по себе он не тонет  (полипропилен, полиэтилен).  Он может оказаться на дне в составе трупа или какашки и там быть съеденными повторно.
Медленно тонущие какашки могут быть более доступны для капрофагов, обитающих в толще воды, и поменять несколько хозяев, прежде, чем упокоятся в донных осадках.
 
 
 
* * *
 

Так что не получается из пластика Летучий голландец. Не вечен он. Солнце пластик разрушает, микробы его грызут, рачки глотают, выкакивают и снова глотают. И плавучесть микропластика становится все хуже, обрастатели его топят и какашечные упаковки на дно тянут.

Литература
 
1. Gewert B., Plassmann M.M., MacLeod M. 2015.
Pathways for degradation of plastic polymers floating in the marine environment.
Environ. Sci. Process. Impacts, V. 17. P. 1513-1521.
10.1039/C5EM00207A
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/EM/C5EM00207A#!divAbstract
 
2. Ward C.P., Armstrong C.J., Walsh A.N., Jackson J.H., Reddy C.M. 2019.
Sunlight Converts Polystyrene to Carbon Dioxide and Dissolved Organic Carbon.
Environ. Sci. Technol. Lett., V. 6 (11). P. 669-674.
DOI: 10.1021/acs.estlett.9b00532
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.9b00532
 
3. Carpenter, E.J., Smith, K.L.J., 1972.
Plastics on the Sargasso sea surface.
Science, V. 175 (4027). P.1240-1241.
DOI: 10.1126/science.175.4027.1240
https://science.sciencemag.org/content/175/4027/1240
 
4. Reisser J., Shaw J., Hallegraeff G., Proietti M., Barnes D.K.A, Thums M., Wilcox C., Hardesty B.D., Pattiaratchi C. 2014.
Millimeter-sized marine plastics: a new pelagic habitat for microorganisms and invertebrates.
PLoS One, V. 9 (6). e100289.
10.1371/journal.pone.0100289
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0100289
 
5. Masó M., Fortuño J., De Juan S. 2016.
Microfouling communities from pelagic and benthic marine plastic debris sampled across Mediterranean coastal waters.
Sci. Mar., V. 80. P. 117-127.
10.3989/scimar.04281.10A
http://scientiamarina.revistas.csic.es/index.php/scientiamarina/article/view/1663/2150
 
6. Oberbeckmann S., Osborn A.M., Duhaime M.B. 2016.
Microbes on a Bottle: Substrate, Season and Geography Influence Community Composition of Microbes Colonizing Marine Plastic Debris.
PLoS ONE, V.11 (8). e0159289.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0159289
 
7. Kaiser D., Kowalski N., Waniek J.J. 2017.
Effects of biofouling on the sinking behavior of microplastics.
Environ. Res. Lett. V. 12 (12) 124003. 10 p.
10.1088/1748-9326/aa8e8b
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aa8e8b
 
8.  Syranidou E., Karkanorachaki K,. Amorotti F., Avgeropoulos A., Kolvenbach B., Zhou N,. Fava F., Corvini P., Kalogerakis N. 2019.
Biodegradation of mixture of plastic films by tailored marine consortia.
Journal of Hazardous Materials, V. 375,  P. 33-42.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389419305060
 
9. Vroom R.J.E., Koelmans A.A., Besseling E., Halsband C. 2017.
Aging of microplastics promotes their ingestion by marine zooplankton.
Environmental Pollution, V. 231. P. 987-996.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28898955
 
10. Martens P. 1978.
Faecal pellets.
Fich. Ident. Zooplancton. V. 162. 4 pp.
http://www.ices.dk/sites/pub/Publication%20Reports/Plankton%20leaflets/IDPlankton_162.PDF
 
11 Cole M., Lindeque P.K., Elaine Fileman E., Clark J., Lewis C., Halsband C., Tamara S. Galloway T.S. 2016.
Microplastics Alter the Properties and Sinking Rates of Zooplankton Faecal Pellets.
Environ. Sci. Technol., V. 50 (6). P. 3239−3246.
DOI: 10.1021/acs.est.5b05905
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.5b05905
 
12. Iversen M.H., Poulsen L.K. 2007.
Coprorhexy, coprophagy, and coprochaly in the copepods Calanus helgolandicus, Pseudocalanus elongatus, and Oithona similis.
Mar. Ecol .Prog. Ser., V. 350. P. 79-89.
https://doi.org/10.3354/meps07095
http://www.int-res.com/abstracts/meps/v350/p79-89
 
13. Köster M., Sietmann R., Meuche A., Paffenhöfer G. 2011.
The ultrastructure of a doliolid and a copepod fecal pellet
Journal of Plankton Research, V. 33 (10). P. 1538–1549.
https://doi.org/10.1093/plankt/fbr053

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

free translation
Потребление памяти: 34.8MB