Микрозагрязнители в водах Антарктики

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 веществ¹. 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 микрозагрязнителей². Как представляется, ряд химических ингредиентов PPCP долгое время сохраняются в окружающей среде³, и большинство общепринятых методов очистки сточных вод не обеспечивают возможность их полного удаления из жидких отходов⁴. 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 рыб⁵. 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-Мёрдо⁶.

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 микрозагрязнений⁶. 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)

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 данных⁶.

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-веществ⁶. 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 данными⁶, в ряде случаев было установлено четырёхкратное превышение уровней концентрации БФ-3 в тканях по сравнению с ранее опубликованными международными данными⁶. 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 активностью², ОФ может вызывать нарушение эндокринной системы у морских и пресноводных видов⁷, а триклозан является токсичным веществом для водорослей, микроорганизмов и рыбных личинок⁸. 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 Зеландии⁶. 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 покрова¹⁰.

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 кофеином¹¹. 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 микрозагрязнителей¹². Несмотря на наличие некоторых экспериментальных данных, подтверждающих возможность естественного фоторазрушения ряда соединений под воздействием солнечного УФ-излучения для уменьшения их концентрации¹³, 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 станций¹⁴.

Факт биоаккумуляции метилпарабена и пропилпарабена в антарктической биоте стал неожиданностью, так как в отношении любых морских экосистем это было выявлено совсем недавно¹⁵, 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 неизвестной⁶.

Биота Антарктики характеризуется очень медленным метаболизмом и медленным ростом¹⁶, 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 неизученным¹⁷.

На сегодняшний день определены наиболее важные вопросы в отношении исследования микрозагрязнителей по всему миру¹⁸, что обеспечивает необходимую целенаправленность будущих антарктических исследований в этой области.