environments.aq

Портал окружающей среды Антарктики

Микрозагрязнители в водах Антарктики

micropollutants thumbnail

Возникающий вопрос

Версия: 1.0

Опубликовано: GMT

Рассмотрено: GMT

Авторы

Philipp Emnet

Gateway Antarctica, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand. philipp.emnet[at]gmail.com

Резюме

Сегодня, благодаря более совершенным методам проведения аналитических исследований, химические вещества, используемые для производства средств личной гигиены и фармацевтических препаратов, входят в число наиболее часто обнаруживаемых веществ в химическом составе поверхностных вод в любой точке мира. В число обнаруживаемых веществ, совместно именуемых микрозагрязнителями, входят ингредиенты фармацевтических препаратов, косметических средств, зубных паст, средств для защиты от солнечных ожогов, средств для увлажнения кожи, шампуней, анальгетических средств и даже рекреационных препаратов. Микрозагрязнители попадают в водную среду главным образом через сточные воды, так как общепринятые методы их очистки не обеспечивают полного удаления данных загрязнений до сброса сточных вод. На сегодняшний день проведена лишь весьма ограниченная оценка степени их наличия и воздействия на прибрежную среду. Исследования показали, что отдельные микрозагрязнители могут накапливаться в донных отложениях и в биоте, и вызывать нарушение эндокринной системы водных организмов. Ряд микрозагрязнителей был впервые обнаружен в Антарктике в сточных водах станций Скотт-Бейс, Мак-Мёрдо и Марио Дзуккелли, в прибрежной морской воде, в прибрежном морском льде, а также в бентосе; при этом их концентрация аналогична концентрациям, характерным для  прибрежных вод умеренного пояса. Недавние исследования вокруг Антарктического полуострова показали наличие следов душистых веществ и анальгетических и противовоспалительных средств в водных экосистемах.


Резюме

Антарктика является одним из немногих относительно нетронутых человеком мест на Земле. Большинство научно-исследовательских станций расположены в прибрежных районах, и сбрасываемые ими в море жидкие отходы и сточные воды содержат целый ряд загрязняющих веществ [1]. В соответствии с положениями Приложения III к Протоколу по охране окружающей среды к Договору об Антарктике (Статья 5) сбрасываемые жидкие отходы на станциях с персоналом более 30 человек подлежат очистке всего лишь путём использования решёток-гомогенизаторов. Вследствие этого на 37 % круглогодичных и 69 % сезонных (летних) станций отсутствуют какие-либо виды дополнительной очистки сточных вод. Наряду с тем что сегодня большинство Сторон обеспечивают удаление твёрдых хозяйственно-бытовых отходов с участков осуществления деятельности, положения Приложения III к Протоколу допускают сброс неочищенных хозяйственно-бытовых сточных вод непосредственно в океан через приливные трещины в морском льде. В соответствии с положениями Приложения IV к Протоколу о предотвращении загрязнения морской среды разрешается также сброс с судов в океан пищевых отходов, обработанных на решётке-гомогенизаторе, и хозяйственно-бытовых сточных вод на удалении не менее 12 морских миль от морского берега или шельфовых ледников.

Вещества, входящие в состав фармацевтических препаратов и средств личной гигиены (PPCP), присутствуют в сбрасываемых промышленных и хозяйственно-бытовых стоках по всему миру и относятся к категории микрозагрязнителей [2]. Как представляется, ряд химических ингредиентов PPCP долгое время сохраняются в окружающей среде [3], и большинство общепринятых методов очистки сточных вод не обеспечивают возможность их полного удаления из жидких отходов [4]. В настоящее время становится известным не исследовавшееся ранее неблагоприятное воздействие этих химических веществ [4,5], в том числе их биологическое воздействие, например нарушение эндокринной системы (гормональные нарушения) у позвоночных и беспозвоночных. Гормоны играют ключевую роль в развитии и репродуктивной способности животных, и уже доказано, что наличие вызывающих нарушения химических соединений в пресноводной среде оказывает существенное влияние на окружающую среду, каким, помимо прочего, является изменение пола рыб [5]. В отношении каких-либо морских экосистем проведено незначительное количество подобных исследований.

Результаты первого исследования, проведённого в 2009 году, показали наличие микрозагрязнителей в очищенных сточных водах, сбрасываемых на станциях Скотт-Бейс и Мак-Мёрдо, а также в их прибрежных средах. На основании этих данных в 2012 году было проведено дальнейшее исследование по изучению распространения PPCP-веществ в пределах более обширного района залива Мак-Мёрдо [6].

В результате проведённых исследований сточные воды станций Скотт-Бейс и Мак-Мёрдо были признаны основным источником целого ряда разнообразных PPCP-веществ, в то время как сброс неочищенных хозяйственно-бытовых стоков через трещины в морском льде, включая жидкие отходы аэропорта с ледяной взлётно-посадочной полосой (данная практика более не используется) был определён в качестве возможного второстепенного источника микрозагрязнений [6]. Анализ проб воды и бентических организмов, взятых в заливе Пегас (море Росса, Антарктика), показал наличие широкого распространения PPCP-веществ, которые были обнаружены на удалении до 25 км от научно-исследовательских станций вверх по течению. Основное внимание было уделено следующим классам химических соединений: УФ-абсорберы средств для защиты от солнечных ожогов, противомикробные средства, поверхностно-активные вещества и стероидные гормоны (см. табл. 1) [6].

 

 

Таблица 1
Соединение  Цель и область применения
 Метилпарабен (МП)  Консервант (средства личной гигиены и продукты питания)
 Этилпарабен (ЭП)

 Консервант (средства личной гигиены и продукты питания)

 Пропилпарабен (ПП)  Консервант (средства личной гигиены и продукты питания)
 Бутилпарабен (БП)

 Консервант (средства личной гигиены и продукты питания)

 4-терц-октилфенол (ОФ)         Поверхностно-активное вещество, пластификатор
 4-n-нонилфенол (НФ)  Поверхностно-активное вещество, пластификатор, спермицидное вещество
 Триклозан  Противобактериальное средство (мыло,шампуни)
 Метилтриклозан (МТ)     Метаболит триклозана
 Бензофенон-1 (БФ-1)  УФ-абсорбер (средства для защиты от солнечных ожогов, косметические средства)
 Бензофенон-3 (БФ-3)                  УФ-абсорбер (средства для защиты от солнечных ожогов, косметические средства)
4-метилбензилиден камфор (4-MБК)  УФ-абсорбер (средства для защиты от солнечных ожогов, косметические средства)
 2-этилгексил-пара-метоксициннамат (OMC)  УФ-абсорбер (средства для защиты от солнечных ожогов, косметические средства)
 Бисфенол-А (БФА)  Поликарбонатный прекурсор
 Эстрон (Э1)  Естественный гормон
 17-бета-эстрадиол (Э2)  Естественный гормон
 Эстриол (Э)  Естественный гормон
 17 альфа-этинилэстрадиол (ЭЭ2)  Противозачаточные таблетки
 Копростерин (копростанол)         Фекальный стероид

 

В число наиболее распространённых микрозагрязнителей в сточных водах и морской воде вошли октилфенол (ОФ), 4-метилбензилиден камфор (4-MБК), бензофенон-3 (БФ-3), бензофенон-1 (БФ-1), триклозан, метилтриклозан, бисфенол-А (БФА), эстрон (Э1) и копростерин (см. табл. 1), которые главным образом являются ингредиентами средств личной гигиены. Степени концентрации этих химических соединений в сточных водах сопоставимы с ранее опубликованными международными данными. Для сравнения, концентрация микрозагрязнителей в сточных водах в Новой Зеландии варьировалась в диапазоне от низкого до среднего уровня в нг/л, в то время как концентрация микрозагрязнителей в сточных водах в Антарктике варьировалась от низкого уровня в нг/л до низкого уровня в мкг/л. По результатам исследований, проведённых в сезоне 2012/2013 г., уровни концентрации ОФ, 4-МБК, БФ-1, (Э1) и этинилэстрадиола (ЭЭ2) превысили значения опубликованных международных данных [6].

Несмотря на то что основная нагрузка от сброса сточных вод в Антарктике в значительной мере ограничена летним сезоном и обусловлена большим количеством персонала станций в это время, потенциальное длительное сохранение микрозагрязнителей в окружающей среде благоприятствует биологическому поглощению этих загрязняющих веществ морскими организмами в течение всего года, в том числе и в зимний период с низким уровнем сброса сточных вод. Был установлен факт биоаккумуляции PPCP-веществ (метилпарабена (МП), пропилпарабена (ПП), БФ-3, 17-бета-эстрадиола (Э2), ЭЭ2, ОФ, копростерина), антарктическими двустворчатыми моллюсками (Laternula elliptica), морскими ежами (Sterichinus neumayeri) и рыбой (Trematomus bernachii), а результаты исследований других морских сред дают основания полагать, что донные отложения также являются приёмником-накопителем PPCP-веществ [6]. При этом большинство данных, касающихся биоаккумуляции этих типов химических веществ, основываются на результатах научных исследований, имевших место в Северном полушарии. Наряду с тем, что в Антарктике уровни концентрации ОФ, БФ-3 и ЭЭ2 в тканях в целом сопоставимы с ранее опубликованными международными данными [6], в ряде случаев было установлено четырёхкратное превышение уровней концентрации БФ-3 в тканях по сравнению с ранее опубликованными международными данными [6]. Образцы, взятые в море Росса, первыми показали, что уровни биоаккумуляции МП, ПП и Э2 в них сопоставимы с уровнями, установленными исследованиями в Северном полушарии, что даёт все основания полагать, что степень биологического воздействия является равнозначной, если не больше. УФ-абсорберы средств для защиты от солнечных ожогов известны своей эстрогенной активностью [2], ОФ может вызывать нарушение эндокринной системы у морских и пресноводных видов [7], а триклозан является токсичным веществом для водорослей, микроорганизмов и рыбных личинок [8]. Остатки стероидных гормонов, триклозан и БФА яавляются биологически активными веществами даже при очень низкой концентрации [8,9].

Такой же ассортимент микрозагрязнителей был установлен в результате сравнительного исследования сточных вод, морской воды и биоты Новой Зеландии [6]. При этом, однако, максимальные уровни концентрации микрозагрязнителей в сточных водах в Антарктике оказались выше по сравнению с Новой Зеландией. Помесячные флуктуации концентрации в Антарктике также оказались выше, а распространение микрозагрязнений на удаление до 25 км от станций Скотт-Бейс и Мак-Мёрдо явилось полной неожиданностью.

Недавние исследования в заливе Терра Нова впервые выявили наличие в морской воде целого ряда ароматических добавок, используемых при производстве PPCP, включая Ambrofix, амилсалицилат, гексилсалицилат, бензилсалицилат, Lemonile и Okoumal, совокупная концентрация которых достигала 100 нг/л. Очистка сточных вод не обеспечила удаление ароматических добавок, а уровень их концентрации в расположенном поблизости заливе Тетис увеличился в период сезонного таяния морского льда и его снежного покрова [10].

В результате последних на данный момент исследований микрозагрязнителей в Антарктике в районе Антарктического полуострова было установлено присутствие 16 фармацевтических препаратов, включая анальгетические средства и рекреационные препараты с кофеином [11]. Исходя из расчётных значений единиц измерения токсичности, анальгетические и противовоспалительные средства отнесены к категории средств, представляющих с большой долей вероятности наибольшую опасность для морских экосистем Антарктики, но в то же время концентрация всех этих веществ очень низкая.

Опыт использования установок очистки сточных вод, аналогичных используемым в Антарктике, свидетельствует об их неэффективности в части, касающейся удаления этих микрозагрязнителей [12]. Несмотря на наличие некоторых экспериментальных данных, подтверждающих возможность естественного фоторазрушения ряда соединений под воздействием солнечного УФ-излучения для уменьшения их концентрации [13], эта мера определённо является недостаточной. Любые начинания где бы то ни было могут стать возможными новыми техническими решениями по очистке сточных вод в Антарктике, в том числе и установки обработки сточных вод УФ-излучением, которые были внедрены на ряде станций [14].

Факт биоаккумуляции метилпарабена и пропилпарабена в антарктической биоте стал неожиданностью, так как в отношении любых морских экосистем это было выявлено совсем недавно [15], и это даёт основания полагать, что имеется более широкий ряд микрозагрязнителей, которые могут вызывать обеспокоенность состоянием окружающей среды, чем считалось ранее. Значения максимальных уровней концентрации в водной среде выявленных PPCP-веществ были на порядок ниже по сравнению с веществами, оказывающими биологическое воздействие. Более биологически активные стероидные гормоны Э1, ЭЭ2 и Э3 встречались в редких случаях и их концентрация была близкой к пределу количественного определения. Степень потенциального риска, который эти химические вещества представляют для уникальной морской экосистемы Антарктики, остаётся неизвестной [6].

Биота Антарктики характеризуется очень медленным метаболизмом и медленным ростом [16], что приводит к длительному периоду риска in vivo. На сегодняшний день ничего не известно относительно адсорбции микрозагрязнителей и их воздействия в случае увеличения их концентрации в тканях с течением времени. Кроме того, ничего не известно о воздействии на окружающую среду смесей микрозагрязнителей, так как все исследования в основном проводились в отношении односоставных соединений и вопрос воздействия смесей остаётся неизученным [17].

На сегодняшний день определены наиболее важные вопросы в отношении исследования микрозагрязнителей по всему миру [18], что обеспечивает необходимую целенаправленность будущих антарктических исследований в этой области.