Contact Us
Human Activities

Микропластиковые загрязнения в Южном океане

Catherine L. Waller (1), Huw J. Griffiths (2) Claire M. Waluda (2), Sally E. Thorpe (2), Iván Loaiza (3), Bernabé Moreno (3), Cesar O. Pacherres (3), Peter Ryan (4), Giuseppe Suaria (5), Atsuhiko Isobe (6), Kevin A. Hughes (2)

(1) School of Environmental Sciences, University of Hull, UK. c.l.waller[at]hull.ac.uk
(2) British Antarctic Survey, Natural Environment Research Council, Cambridge, UK
(3) Carrera de Biología Marina, Universidad Científica del Sur, Perú
(4) FitzPatrick Institute of African Ornithology, DST-NRF Centre of Excellence, University of Cape Town, South Africa
(5) ISMAR-CNR, Forte Santa Teresa, Pozzuolo di Lerici, La Spezia, Italy
(6) Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu University, Japan

В Южном океане отмечается наименьшая в мире плотность скоплений плавучих макропластиковых отходов. Ранее считалось, что этот регион относительно свободен от микропластиковых загрязнений. Однако результаты недавних исследований и гражданских научных проектов показали наличие микропластиковых отходов в глубоководных и мелководных отложениях, а также в водах поверхностных слоёв. В результате лабораторных экспериментов и полевых исследований, проводимых во всех уголках земного шара, было обнаружено, что микропластиковые частицы негативно влияют на множество морских видов, в том числе пелагические и бентические организмы. Проанализировав имеющуюся информацию по микропластиковым отходам (в том числе по макропластиковым отходам в качестве источника микропластиковых загрязнений) в Южном океане, мы представляем оценочные данные по концентрациям микропластиковых загрязнений, определив их потенциальные источники и пути, по которым они попадают в регион. По предварительной оценке предполагается, что количество микропластиковых загрязнений, выбрасываемых в регион с судов и научно-исследовательских станций, по-видимому является пренебрежительно малым в масштабах Южного океана, но может быть значительным в локальных масштабах. Кроме того, прогнозируемая концентрация микропластиковых отходов из локальных источников на несколько порядков ниже уровней, отмечаемых в публикуемых исследованиях отобранных проб. Вероятным дополнительным путём повышения концентрации пластиковых загрязнений Южного океана является их перенос поверхностными морскими водами из низких широт.

Регион Южного океана к югу от полярного фронта имеет площадь поверхности приблизительно 22 миллиона км2 и объём свыше 71,8 миллиона км3, что составляет 5,4 % от общих размеров мирового океана. Всё большее беспокойство вызывают загрязнения в виде плавучих макропластиковых отходов (т. е. пластиковых частиц размером ˃5 мм) (1), что оказывает воздействие на окружающую среду в виде, например, запутывания в мусоре и его проглатывания морскими хищниками (2, 3), а также скопления выбрасываемого из моря мусора на берегу (4, 5). С другой стороны в последние годы всё больше внимания уделяется загрязнению Южного океана микропластиковыми отходами (частицами размером ˂5 мм) (6), однако, несмотря на то что этот вопрос признаётся всё более и более актуальным по всему миру, научной и законодательной работы всё ещё проводится недостаточно (см. 7 для получения сводной информации) (рис. 1).

Рисунок 1. Основные береговые антарктические объекты, эксплуатируемые национальными антарктическими программами, и зарегистрированные результаты наблюдений микропластиковых и макропластиковых отходов в водах поверхностных слоёв на пляжах и в отложениях к югу от полярного фронта. Граница графика: среднее расположение полярного фронта. Красные точки: научно-исследовательские станции и объекты. Жёлтые крестики: обнаруженные местонахождения макропластиковых отходов. Зелёные крестики: обнаруженные местонахождения микропластиковых отходов.

Кроме нескольких ранних работ по проглатыванию субантарктическими гнездящимися птицами (например, 8), на сегодняшний день не существует опубликованных работ по воздействию микропластиковых отходов на морские организмы Антарктики. В результате лабораторных экспериментов и полевых исследований, проводимых во всех уголках земного шара, было обнаружено, что микропластиковые частицы негативно влияют на множество морских видов, в том числе пелагические и бентические организмы. Данные, полученные в северном полушарии, свидетельствуют о том, что микропластиковые отходы могут воздействовать на экосистемы, оказывая токсикологическое воздействие на основные виды, например на веслоногих (9) и эуфаузииды, группу, в состав которой входит криль (10), в основании пищевой цепочки, а также потенциальную биоаккумуляцию и биологическое накапливание взаимосвязанных токсинов, таких как фталаты с возрастающим трофическим уровнем (11, 12, 13, 14).

Загрязнение морской среды микропластиковыми отходами имеет основные и второстепенные источники. Основные микропластиковые отходы могут возникать из средств личного ухода и гигиены (например, зубных паст, шампуней и гелей для душа) и синтетических волокон из бельевых изделий (рис. 2).

Рисунок 2. Фрагменты микропластиковых отходов косметических средств, увеличенные под микроскопом. (Фото: Мэри Сьюэлл (Mary Sewell), Оклендский университет)

Второстепенные микропластиковые отходы в виде частиц и волокон возникают в результате размельчения макропластикового мусора, что часто наблюдается по всему мировому океану (см. аналитические данные в 15) (рис. 3 и 4). В нескольких всесторонних исследованиях океанов вблизи от населённых регионов проведена оценка роли различных источников основных и второстепенных микропластиковых отходов в формировании общих уровней микропластиковых отходов в морской среде (см. 7 для получения сводной информации), на основании которой сделано заключение о том, что большая часть микропластиковых отходов в морской среде возникает из второстепенных источников.

Рисунок 3.Основные макропластиковые отходы, обнаруженные вокруг гнездовий морских птиц на субантарктических островах, разрушающиеся и расщепляющиеся на микропластиковые фрагменты под воздействием атмосферных условий. (Фото: Антарктическое управление Великобритании)

Рисунок 4. Второстепенные микропластиковые отходы, обнаруженные в водах поверхностных слоёв Южного океана (Фото: Антарктическое управление Великобритании)

В настоящее время отсутствуют какие-либо международные нормы выброса сточных вод (в том числе бытовых стоков из душевых и прачечных). Нет данного вопроса и в повестке дня Международной морской организации. В 1998 году вступил в действие Протокол по охране окружающей среды к Договору об Антарктике, в котором содержатся специальные приложения по удалению и управлению ликвидацией отходов (Приложение III) и предотвращению загрязнения морской среды (Приложение IV), однако перед Сторонами не стоит задача переработки сточных вод, сбрасываемых с их научно-исследовательских станций. В настоящее время систематический контроль концентрации микропластиковых отходов в водах Антарктики отсутствует.

В работе Waller et al.(7) отмечено, что, по максимальным оценочным данным, за десятилетие в Южный океан попадает около 44-500 кг микропластиковых частиц из средств личного ухода и гигиены и 0,5-25,5 млрд пластиковых волокон из бельевых изделий. Однако на сегодняшний день существует мало отчётов о наличии микропластиковых отходов в Южном океане, а методы отбора проб и отчётности ещё не согласуются или не сопоставимы. Микропластиковые частицы были обнаружены в отложениях на шельфе субантарктического острова (1), в глубоководных отложениях в море Уэдделла (16), в водах поверхностных слоёв в тихоокеанском секторе Южного океана (17,18), а также в мелководных отложениях и макроводорослях на отдельных участках на острове Кинг-Джордж (Ватерлоо) вблизи от научно-исследовательских станций (7).

Хотя указанные исследования и не отражены в рецензируемой литературе, в одном из гражданских научных проектов исследования окружающей среды недавно были отмечены микропластиковые отходы в водах поверхностных слоёв Южного океана на уровнях, согласующихся с данными, зарегистрированными в наиболее населённых районах земного шара (19). Гражданская научная организация Adventure Science отметила весьма высокие средние значения, составляющие 22 части на литр, в пробах морских вод, взятых у западного побережья Антарктического полуострова при максимальной концентрации, равной 117 частей на литр. Фонд Tara Expeditions Foundation обнаружил микропластиковые отходы во всех четырёх пробах, взятых в Южном океане, при концентрации микропластиковых частиц, равной 0,55-56,58 г/км2 (20). В работе Cózar et al. обнаружены концентрации, равные 0,100-0,514 г/км2, во всех пробах со станций к югу от полярного фронта (21) а в работе Isobe et al.(18) отмечаются значения в пределах 46 000-99 000 частиц на км2 в местах отбора проб к югу от широты 60ю.ш. В исследовании Cincinelli et al. обнаружены более высокие концентрации микропластиковых отходов в прибрежных регионах моря Росса (до 1,8 частиц на м3) по сравнению с пробами, взятыми на шельфе, большинство из которых были фрагментированы (17). В работе Munari et al. отмечается наличие пластиковых отходов в образцах отложений из залива Терра-Нова, при этом всего зарегистрирована 1661 единица отходов (3,14 г), а наиболее часто встречающимся типом отходов являются волокна (22).

Однако микропластиковые отходы, образовавшиеся в регионе в результате разрушения макропластиковых отходов или перенесённые в Южный океан через полярный фронт, всё ещё предстоит подвергнуть количественной оценке, тем не менее оба вида отходов могут быть основными источниками, как это отмечается во всех других уголках земного шара. Так как единицы измерения и методы существующих исследований не сопоставимы, в настоящее время представляется невозможной количественная и устойчивая оценка концентраций макропластиковых и микропластиковых отходов в Южном океане. Для понимания источников и масштабов данного загрязнения необходимо проведение скоординированного исследования на международном уровне со стандартизированным или сопоставимым отбором проб и методами получения и идентификации микропластиковых отходов, а также методиками наблюдения и регистрации макропластиковых отходов для нанесения на карту и оценки околополярного распределения пластиковых отходов.

Other information:

  1. D.K.A.Barnes, F. Galgani, R.C. Thompson, M. Barlaz. Accumulation and fragmentation of plastic debris in global environments. Philosophical Transactions of the Royal Society B364, 1985-1998 (2009). doi: 10.1098/rstb.2008.0205
  2. C.M. Waluda, I.J. Staniland. Entanglement of Antarctic fur seals at Bird Island, South Georgia. Marine Pollution Bulletin74, 244-252 (2013). doi.org/10.1016/j.marpolbul.2013.06.050
  3. P.G. Ryan, P.N.J. de Bruyn, M.N. Bester. Regional differences in plastic ingestion among Southern Ocean fur seals and albatrosses. Marine Pollution Bulletin104, 207-210 (2016). doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.01.032
  4. J.A.I. do Sul, D.K.A. Barnes, M.F. Costa, P. Convey, E.S. Costa, and L.S. Campos. Plastics in the Antarctic environment: are we looking only at the tip of the iceberg? Oecologia Australis, 15, 150-170 (2011). doi.org/10.4257/oeco.2011.1501.11
  5. C. Eriksson, H. Burton, S. Fitch, M. Schulz, J. van den Hoff. Daily accumulation rates of marine debris on sub-Antarctic island beaches. Marine Pollution Bulletin66, 199-208 (2009). doi.org/10.1016/j.marpolbul.2012.08.026
  6. C. Arthur, J. Baker, H. Bamford.  Proceedings of the International Research Workshop on the Occurrence, Effects and Fate of Microplastic Marine Debris, 9–11 September 2008. NOAA Technical Memorandum NOS-OR&R30 (2008). PDF
  7. C.L.Waller, H.J. Griffiths, C.M. Waluda, S.E. Thorpe, I. Loaiza, B. Moreno, C. O Pacherres, K.A. Hughes. Microplastics in the Antarctic marine system: an emerging area of research. Science of the Total Environment598, 220-227 (2017). doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.03.283
  8. P.G. Ryan, A.D. Connell, B.D. Gardner. Plastic ingestion and PCBs in seabirds: is there a relationship? Marine Pollution Bulletin19, 174-176 (1988). doi.org/10.1016/0025-326X(88)90674-1
  9. K-W. Lee, W.J. Shim, O.Y. Kwon, J-H. Kang. Size-dependent effects of micro polystyrene particles in the marine copepod Tigriopus japonicus. Environmental Science and Technology, 4, 11278-11283 (2013). doi: 10.1021/es401932b
  10. J.P.W. Desforges, M. Galbraith, P.S. Ross. Ingestion of microplastics by zooplankton in the Northeast Pacific Ocean. Archives of Environmental Contamination and Toxicology69, 320-330 (2015).  doi: 10.1007/s00244-015-0172-5
  11. M. Cole, P. Lindeque, E. Fileman, C. Halsband, R. Goodhead, J. Moger, T.S. Galloway. Microplastic ingestion by zooplankton. Environmental Science and Technology47, 6646-6655 (2013).     doi:10.1021/es400663f
  12. E. Besseling, A. Wegner, E.M. Foekema, M.J. Van Den Heuvel-Greve, A.A. Koelmans. Effects of microplastic on fitness and PCB bioaccumulation by the lugworm Arenicola marina (L.). Environmental Science & Technology47, 593-600 (2012).     doi:10.1021/es302763x
  13. E.L. Teuten, J.M. Saquing, D.R.U. Knappe, M.A. Barlaz, et al . Transport and release of chemicals from plastics to the environment and to wildlife. Philosophical Transactions of the Royal Society B364, 2027-2045 (2009).  doi: 10.1098/rstb.2008.0284
  14. J.E. Ward, J. Kach. Marine aggregates facilitate ingestion of nanoparticles by suspension-feeding bivalves. Marine Environmental Research68, 137-142 (2009).  doi.org/10.1016/j.marenvres.2009.05.002
  15. W.C. Li, H.F. Tse, L. Fok. Plastic waste in the marine environment: A review of sources, occurrence and effects. Science of The Total Environment566, 333-349 (2016).  doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.05.084
  16. L. Van Cauwenberghe, A. Vanreusel, J. Mees, C.R. Janssen. Microplastic pollution in deep-sea sediments. Environmental Pollution182, 495-499 (2013). doi.org/10.1016/j.envpol.2013.08.013
  17. A. Cincinelli, C. Scopetani, D. Chelazzi, E. Lombardini, T. Martellini, A. Katsoyiannis, et al. Microplastic in the surface waters of the Ross Sea (Antarctica): Occurrence, distribution and characterization by FTIR. Chemosphere175, 391-400 (2017). doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.02.024
  18. A. Isobe, K. Uchiyama-Matsumoto, K. Uchida, T. Tokai. Microplastics in the Southern Ocean. Marine Pollution Bulletin114, 623-626 (2017). doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.09.037
  19. Adventure Science.org. Global Microplastics Initiative. http://www.adventurescience.org/microplastics.html Retrieved: Sep 1, 2016.
  20. M. Eriksen, L.C. Lebreton, H.S. Carson, M. Thiel, C.J. Moore, J.C. Borerro, F.Galgani, P.G. Ryan, J. Reisser. Plastic pollution in the world’s oceans: more than 5 trillion plastic pieces weighing over 250,000 tons afloat at sea. PLoS one9(12), e111913 (2014).      doi.org/10.1371/journal.pone.0111913
  21. A. Cózar, F. Echevarría, J.I. González-Gordillo, X. Irigoien, B. Úbeda, S. Hernández-León, A.T. Palma, S. Navarro, J. García-de-Lomas, A. Ruiz, M.L. Fernández-de-Puelles. Plastic debris in the open ocean. Proceedings of the National Academy of Sciences USA111, 10239-10244 (2014). doi.org/10.1073/pnas.1314705111 
  22.  C. Munari, V. Infantini, M. Scoponi, E. Rastelli, C. Corinaldesi, M. Mistri. Microplastics in the sediments of Terra Nova Bay (Ross Sea, Antarctica). Marine Pollution Bulletin, 122, 161-165(2017). doi: 10.1016/j.marpolbul.2017.06.039