Макровзгляд на микропластик

— С какого момента частицу пластика начинают считать микропластиком, когда она достигает определенных размеров?

— Да, как правило, микропластиком называют частицы в диапазоне от 5 мм до 1 мкм. Выделяют еще нанопластик — это частицы размером меньше чем один микрометр. Ученые спорят, есть ли необходимость вводить в эту классификацию, например, субмикропластик, но пока стандартно используется такой подход. 

Чем меньше частица, тем сложнее ее детектировать. Фрагмент пластика размером 0,1 мм еще можно увидеть в микроскоп, но для того чтобы идентифицировать частицы меньшего размера, необходимо дорогостоящее оборудование, которое не каждая лаборатория может себе позволить. Важно не только рассмотреть частицу, но и подтвердить, что это именно микропластик, потому что многое в природе может выглядеть похожим образом. Например, хитин (кусочки крылышек и оболочки насекомых). Хитин — самый прочный биополимер, его невозможно растворить, не растворив при этом пластик.

— С помощью каких методов тогда идентифицируют частицы микропластика? Как можно понять, что это именно он, а не что-нибудь другое?

— Его содержание можно определять в двух единицах измерения — в штуках и в массе полимера. Одни ученые считают микропластик в пробе по числу частиц: на объем воды, воздуха, килограмм почвы, площадь поверхности. Это может быть важным параметром для определения суммарной площади поверхности частиц, потому что на поверхности микропластика способны концентрироваться различные органические соединения. Другие выявляют массу полимеров.

Для проведения исследований, посвященных микропластику, требуется достаточно большая команда ученых, работающих в разных направлениях. В нашем Центре спектральных исследований есть специалисты в области оптических, масс-спектрометрических и хроматографических методов анализа. 

Для начала на оптическом микроскопе мы оцениваем, что осталось на фильтрах после пробоподготовки. Иногда используем также сканирующий электронный микроскоп — с помощью него можно изучить морфологию частиц, однако нельзя точно сказать, это частица полиэтилена или нет. Для этого мы применяем инфракрасную спектроскопию. С помощью ИК-микроскопа мы записываем спектр каждой частички и проверяем по базе данных, к какому материалу он относится. Так мы определяем число частиц микропластика в образце. 

Это очень трудоемкая работа, ведь необходимо рассмотреть каждую частичку отдельно. Представляете, сколько уходит времени, если в одном образце может быть 300 частиц? Для определения массы каждого типа полимера мы используем метод пиролитической газовой хромато-масс-спектрометрии. Данные между числом частиц и суммарной массой пластика в пробе нередко сильно отличаются. Это может быть одна частица, но очень тяжелая, либо множество маленьких легких частиц. 

— В результате каких природных и антропогенных процессов пластик становится микропластиком? Микропластика из каких бытовых предметов в природе больше всего?

— Пластик распадается на микропластик под действием ультрафиолетового излучения, перепадов температуры, в результате механического воздействия (например, в воде бутылки бьются друг о друга или о камни), а также из-за бактерий. 

Считается, что значительную часть микропластика в природе составляют волокна от синтетической одежды. Причем они выделяются в окружающую среду, не только когда вещи отправляются на свалки, но и, например, во время стирки в стиральных машинах. Также в природе достаточно много микропластика от автомобильных шин, хотя в водных объектах мы обнаруживали их в небольшом количестве. Больше всего в наших образцах было полиэтилена (пакеты, пленки), полипропилена (пищевые контейнеры) и ПЭТ (бутылки, канистры). Также мы находили немало частичек полистирола, из которых делают легкие вспененные контейнеры для горячей пищи. Остальных типов пластика было меньше.  

—Какие типы микропластика существуют? Насколько сильно частицы микропластика разных типов различаются по своим свойствам?

— Выделяют первичный и вторичный микропластик. К первому обычно относят пластиковые частички в косметических продуктах (скрабы, блестки, глиттеры), а также первичное сырье для изготовления пластиковых изделий — оно транспортируется в виде маленьких гранул. Вторичный микропластик образуется в результате распада или повреждения пластиковых предметов.

Кроме того, микропластик разделяют по форме частиц. Выделяют круглые или овальные гранулы (это прежде всего первичный пластик), фрагменты — частички неправильной формы, отколовшиеся от предметов, и волокна. 

Также микропластики типизируют по химическому составу. Существует семь основных видов: полиэтилен (PE), полипропилен (PP), полиэтилентерефталат (PET), полиамид (PA), поливинилхлорид (PVC), полистирол (PS) и другие. Все они различаются по плотности, химическим свойствам, например чувствительности к нагреву, а также по скорости разложения: если одни будут распадаться 100 лет, другим для этого понадобится 500. 

— Чем микропластик может быть опасен для живого организма? 

— Есть множество публикаций о том, что частички микропластика найдены в мозге, в легких, в кишечнике, других органах. В отдельных работах показано, что он может потенциально влиять на воспалительные заболевания кишечника: у людей, в фекалиях которых находили больше микропластика, наблюдался более сильный воспалительный процесс. Существуют исследования о его отрицательном воздействии на репродуктивную функцию лабораторных животных.

Однако влияние микропластика на человека еще окончательно не доказано. Наш организм настолько сложен сам по себе, существует столько факторов, которые влияют на наше здоровье, что выяснить, какой вклад во всё это вносят пластиковые частички, очень сложно.

Существует несколько способов, как микропластик может навредить организму. Во-первых, это механическое воздействие. Острые частицы пластика способны повредить какой-то орган изнутри либо накапливаться в нем. Так, когда рыбы заглатывают много микропластика, они начинают чувствовать сытость, перестают искать еду, становятся вялыми и быстрее погибают от других хищников. Есть исследования, показывающие, что микропластик способен накапливаться в бляшках в сосудах. Пока непонятно, то ли это сам микропластик вызывает образование бляшек, то ли он просто оседает в них, когда протекает по крови. 

Во-вторых, пластик может содержать какие-то добавки, например, чтобы быть определенного цвета, дольше сохранять устойчивость в окружающей среде, не терять цвет, не разрушаться. Такие добавки потенциально могут вымываться в организм и оказывать токсическое воздействие. Это требует дополнительных исследований.

В-третьих, как я уже говорила, на поверхности микропластика могут концентрироваться органические соединения из окружающей среды. Представьте: частичка пластика плавает в воде и собирает на себя загрязнения, затем оказывается в рыбе, через нее — в человеке. Различные полиароматические соединения, стойкие органические загрязнители, тяжелые металлы — все эти вещества потенциально могут попадать в наш организм, десорбируясь с поверхности микропластика, наносить какой-то вред или накапливаться.

— Канцерогенен ли микропластик?

— На данный момент нет статей, где подтверждалось бы, что микропластик канцерогенен. Однако это еще не гарантирует того, что он безопасен. Здесь пока нельзя делать однозначных утверждений, потому что недостаточно доказательств. В раковых опухолях уже находили маленькие частички полимеров. И здесь снова возникает вопрос, спровоцировал ли развитие онкологии микропластик или он просто накопился в уже имеющейся опухоли.

— Насколько эффективно современные очистные сооружения сточных вод позволяют улавливать микропластик?

— Насколько я знаю, большинство очистных сооружений, как минимум в России, не очень хорошо справляются с микропластиком. Их решетки способны задерживать достаточно крупные частицы, но, например, чтобы улавливать частички микрометрового масштаба, нужно ставить серьезные фильтры и насосы, создающие давление, это приводит к сильному удорожанию технологии. В очистных сооружениях существуют отстойники, куда сливают воду и дают ей какое-то время отстояться, чтобы тяжелые частицы осели на дно. Но большинство частиц микропластика легче, чем вода, поэтому они запросто проходят через это препятствие.

Есть современные системы с ультрафильтрацией, способные улавливать частицы размером менее 0,1 мм, но, к сожалению, таких очистных сооружений меньше, чем хотелось бы. Поэтому, на мой взгляд, единственный способ, который сегодня действительно позволяет бороться с микропластиком, — это сокращать потребление пластика. Например, во Франции с первого января следующего года будут продавать только стиральные машины с фильтрами от микроволокон. К 2030 году и Австралия перейдет на такую систему. В Индии, Франции, Австралии и некоторых других странах полностью запрещают одноразовую упаковку. Можно и самому предпринимать какие-то меры: например, отказываться в кофейнях от пластиковых крышечек и трубочек и ходить в магазин со своей сумкой для продуктов.

— Существует ли полностью биоразлагаемый пластик, либо весь он распадается на микропластик?

— Есть биоразлагаемые пластики на основе крахмала, целлюлозы, полилактида. Однако они очень дорогие. Если килограмм полиэтилена стоит 100 рублей, то полилактида — 400 рублей. У производителей нет стимула создавать изделия из биоразлагаемого пластика, пока обычный пластик не запрещен. 

Часто под видом биоразлагаемых пакетов для мусора или рассады продаются пакеты, которые состоят из микрочастиц пластика, склеенных крахмалом. Когда такой пакет «разлагается», он просто распадается на частицы микропластика. Ученые из дружественной лаборатории делали эксперимент: покупали в магазине такие пакеты, закапывали их, и за три года с этими пакетами ничего не происходило (хотя производители обещали, что он «исчезнет» за этот срок).

Есть еще такой нюанс: чтобы биопластик разложился, ему нужно не лежать рядом с обычными пластиками, а попасть, например, в компостную яму — там при определенной влажности, температуре он начнет распадаться. Если же этот экопластик попадет на ту же самую свалку, что и обычные пакеты, он будет вести себя точно так же, как они, и разлагаться много-много лет. 

— А что хуже: если все эти многочисленные пакеты будут разлагаться в целом виде или если же они распадутся на микропластик?

— Скорее, больше вреда от микропластика. Потому что частицы начинают есть различные живые существа. Так, например, микропластик плавает в воде, а рыба думает, что это планктон и заглатывает его. Потом по трофической цепи всё доходит до человека. Когда кусочки микропластика становятся совсем маленькими, то они могут стать размером с эритроциты и начать путешествовать по организму.

— Расскажите про исследования вашей лаборатории: какой микропластик и откуда вы изучаете, какие уже есть результаты?

— Мы проводим исследования в двух направлениях. Во-первых, изучаем содержание микропластика в различных объектах окружающей среды. Например, в 2023 году совместно с Центром лабораторного анализа и технических измерений по Сибирскому федеральному округу Росприроднадзора мы отбирали пробы на реке Оби, озере Байкал и реке Селенге. В институте мы разработали систему, с помощью которой можно не возить воду в лабораторию, а отфильтровать ее на месте (два года назад, когда такой системы еще не было, однажды к нам в лабораторию доставили полтонны воды из Телецкого озера в трехлитровых банках). В результате мы установили, что самые загрязненные микропластиком места Оби — это пляжные зоны. В Байкале на удивление самая загрязненная микропластиком вода оказалась даже не возле Листвянки, а около острова Ольхон.

Второе направление — это исследование содержания пластика в биологических объектах. Сейчас мы делаем большую работу с Институтом цитологии и генетики СО РАН. Исследуем, влияет ли потребление полиэтилентерефталата на здоровье и поведение крыс. Мы, со своей стороны, начали исследование и разрабатываем подход к анализу органов крыс, чтобы определить, накапливается ли в них микропластик. 

— Насколько я понимаю, проблему микропластика общество осознало сравнительно недавно? По крайней мере, еще лет десять назад в публичном пространстве о нем практически не говорили…

— Да, работы на эту тему были еще 30 лет назад, но активно заниматься этим вопросом стали сравнительно недавно. В России научные конференции, посвященные микропластику, проводятся только третий год. Хотя сейчас исследования микропластика в мире развиваются просто с немыслимой скоростью. Каждый год публикуются сотни и даже тысячи научных статей на эту тему. 

Основная проблема в том, что у нас еще нет стандартизированной методики. Множество ученых в разных точках мира исследуют микропластик, и все делают это совершенно по-разному — от способов отбора проб до методов анализа. Это приводит к тому, что невозможно сравнивать результаты, полученные разными лабораториями. До сих пор в России нет нормативов: много частиц микропластика в пробе — это сколько? На пляжах Академгородка и Бердска мы нашли суммарно 60—70 микрограмм микропластика на 20 литров воды. В поселке Хужир на Байкале — 100 микрограмм на 20 литров. Стоит вопрос: это много или еще мало? Если бы мы проанализировали пробы воды в Большом тихоокеанском мусорном пятне, сколько было бы там?

В мире уже встречаются стандартизированные методики определения микропластика, в России — еще нет. НИОХ СО РАН совместно с Росприроднадзором разработал подход, который можно стандартизировать, но чтобы довести его до конца, требуется провести еще ряд работ. Для создания такой методики необходимо не только сделать исследования, но и статистически обработать полученные данные, показать — всё воспроизводится от образца к образцу.

Диана Хомякова

Фото предоставлено Юлией Сотниковой, иллюстрации из открытых источников