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;

мшанки;

морские уточки;

морские ослики;

черви;

яйца морских клопов-водомерок

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.