Накопление микропластика в окружающей среде и в наших организмах становится всё более тревожной проблемой. Однако прогнозирование мест их скопления и, следовательно, определение направлений для усилий по их устранению затруднено из-за множества факторов, влияющих на их распространение и осаждение.
Новое исследование Массачусетского технологического института (MIT) показывает, что одним из ключевых факторов, определяющих места скопления микрочастиц, является наличие биоплёнок. Эти тонкие липкие слои биополимеров, выделяемых микроорганизмами, могут накапливаться на поверхностях, в том числе на песчаных речных руслах или морских побережьях.
Исследование показало, что при прочих равных условиях микрочастицы с меньшей вероятностью накапливаются в отложениях, насыщенных биоплёнками, поскольку, если они оседают там, их с большей вероятностью взмутит проточная вода и унесёт прочь.
Результаты исследования опубликованы в журнале Geophysical Research Letters. В статье, написанной постдоком MIT Хёнчхуль Пак и профессором гражданского и экологического проектирования Хейди Непф, говорится, что микропластики определённо часто оказываются в новостях, и мы не до конца понимаем, где могут быть горячие точки их накопления. Эта работа даёт некоторое представление о факторах, которые могут привести к накоплению этих частиц в определённых местах.
Большинство экспериментов, посвящённых изучению способов транспортировки и осаждения микрочастиц, проводились на голом песке. Однако в природе существует множество микроорганизмов, таких как бактерии, грибки и водоросли, и когда они прикрепляются к руслу, они создают липкие вещества, известные как внеклеточные полимерные вещества (EPS). Они могут существенно влиять на характеристики русла.
Исследование проводилось в проточном резервуаре с дном, выложенным мелким песком, а иногда и с вертикальными пластиковыми трубками, имитирующими присутствие мангровых корней. В одних экспериментах дно состояло из чистого песка, а в других песок был смешан с биоматериалом для имитации естественных биоплёнок, встречающихся на многих речных и прибрежных участках.
Вода, смешанная с крошечными пластиковыми частицами, прокачивалась через резервуар в течение трёх часов, а затем поверхность дна фотографировалась под ультрафиолетовым светом, который заставлял пластиковые частицы флуоресцировать, что позволяло количественно измерить их концентрацию.
Результаты выявили два различных явления, влияющих на то, сколько пластика накапливалось на разных поверхностях. Сразу вокруг стержней, которые выступали в роли надземных корней, турбулентность предотвращала осаждение частиц. Кроме того, по мере увеличения количества имитируемых биоплёнок в слое отложений накопление частиц также уменьшалось.
Непф и Пак пришли к выводу, что биоплёнки заполняют промежутки между песчинками, оставляя меньше места для микрочастиц. Частицы были более подвержены воздействию, потому что проникали не так глубоко между песчинками, и в результате их гораздо легче взмучивала и уносила проточная вода.
«Эти биологические плёнки заполняют поры между зёрнами осадка, — объясняет Пак. — И это делает осаждённые частицы — частицы, которые оседают на дно — более подверженными воздействию сил, создаваемых потоком, что облегчает их взмучивание».
«Мы обнаружили, что в канале с одинаковыми условиями потока, одинаковой растительностью и одинаковым песчаным дном, если в одном есть EPS, а в другом нет, то в том, где нет EPS, скорость осаждения гораздо выше, чем в том, где есть EPS», — говорит Непф.
Непф добавляет: «Биоплёнка препятствует накоплению пластика в ложе, потому что они не могут проникнуть глубоко в него. Они просто остаются на поверхности, а затем их подхватывает поток и уносит в другое место».
«Если бы я пролила большое количество микропластика в двух реках, и у одной было песчаное или гравийное дно, а у другой — более мутное с большим количеством биоплёнок, я бы ожидала, что больше микропластика будет задерживаться в реке с песчаным или гравийным дном», — говорит Непф.
Всё это усложняется другими факторами, такими как турбулентность воды или шероховатость поверхности дна, говорит она. Но это даёт «хорошую линзу», чтобы предложить некоторые идеи людям, которые пытаются изучить воздействие микропластика в полевых условиях.
Пак предлагает в качестве примера, что в мангровых экосистемах микропластики могут преимущественно накапливаться на внешних краях, которые, как правило, песчаные, в то время как внутренние зоны имеют отложения с большим количеством биоплёнок. Таким образом, эта работа предполагает, что «песчаные внешние области могут быть потенциальными горячими точками для накопления микропластика», — говорит он, и это может сделать эту зону приоритетной для мониторинга и защиты.
«Это весьма актуальное открытие, — говорит Изабелла Шалко, научный сотрудник ETH Zurich, которая не была связана с этим исследованием. — Оно предполагает, что меры по восстановлению, такие как восстановление растительности или стимулирование роста биоплёнок, могут помочь смягчить накопление микропластика в водных системах. Оно подчёркивает важную роль биологических и физических особенностей в формировании процессов переноса частиц».
Предоставлено:
Massachusetts Institute of Technology