1 of 14

1

Шляхи пластику на Алясці: оцінка розподілу мікропластику в талому снігу та водних біотопах Аляски

Презентацію підготувала студентка 4-го курсу Кафедри зоології, гідробіології та загальної екології

Беспалько Дарина

2 of 14

Огляд

Вступ
Огляд
Мікропластик та його походження
Мета та обґрунтування проекту
Методи відбору зразків
Лабораторна обробка та ІЧ-спектроскопія
Результати
Обговорення
Джерела забруднення
Проблеми
Обговорення
Подяки

2

3 of 14

Мікропластик та його походження

Мікропластик, крихітні пластикові частинки розміром менше 5 мм, став поширеною екологічною проблемою, що негативно впливає на екосистеми в усьому світі.

3

Рисунок 2: Фото Діані Чепмен/Центр екологічних досліджень та політики Аляски

Рисунок 1: Різні види мікропластику в океані

Фото Dotted Yeti/Shutterstock

4 of 14

Мета та обґрунтування проекту

4

У зв'язку зі зростанням уваги до кліматичної кризи, тема мікропластику обговорюється у всіх наукових колах як ніколи раніше. Дані досліджень мікропластику впливають на наше сприйняття необхідності його виробництва та використання у повсякденному житті.

Швидка мода, що характеризується швидким виробництвом недорогого одягу у відповідь на останні модні тенденції, має значний вплив на забруднення мікропластиком. Ця індустрія значною мірою покладається на синтетичні волокна, такі як поліестер, нейлон та акрил, які отримують з нафтових джерел. Ці волокна виділяють мікропластикові частинки під час виробництва, використання та утилізації. Синтетичний одяг втрачає мікропластикові волокна під час прання, і при кожному пранні у стічні води потрапляють тисячі мікроволокон. Індустрія заохочує часту зміну одягу, що призводить до великої кількості текстильних відходів. Глобалізована природа швидкої моди передбачає широке транспортування одягу та пакувальних матеріалів, багато з яких містять або виділяють мікропластик (пакувальні матеріали на основі пластику, такі як поліетиленові пакети та бульбашкова плівка).

Косметична промисловість та індустрія догляду за собою також відповідальна за насичення своєї продукції пластиком. Мікроби - це крихітні пластикові частинки, які часто використовуються як відлущувачі в косметичних засобах, таких як скраби для обличчя, гелі для душу та зубні пасти. Ці мікрочастинки призначені для змивання в каналізацію після використання, зрештою потрапляючи у водойми, де вони можуть накопичуватися. Багато косметичних продуктів

5 of 14

Методи відбору зразків

Рисунок 3: Карта регіону Чугаг на Алясці, де були відібрані проби снігу та води (сині та червоні точки відповідно)

5

Загалом було відібрано 16 зразків води та 8 зразків снігу. Зразки води були відібрані у віддаленій місцевості в льодовиковій річці з човна, а також поблизу гирла льодовикової річки. Оскільки пластик надходить із наземних джерел, гирла річок та естуарії можуть бути зонами концентрованого надходження у більші водойми. Що стосується снігу (сині точки), то ці зразки були зібрані з льодовиків. Самі зразки були зібрані в металеві пляшки об'ємом 1,5 л, хоча об'єм зразків не був точним. Польові проби були взяті дослідниками за допомогою неглибоких металевих бляшанок для збору атмосферних осадів, однак стан, в якому вони надійшли, не дозволив мені використати їх у моєму аналізі.

6 of 14

Обробка та ІЧ-спектроскопія

6

Рисунок 4, 5 і 6: Фільтрувальний пристрій, нейлоновий фільтр і ІЧ-спектрометр

Після отримання зразків розпочався етап обробки. Одягнувши чисті рукавички і лабораторний халат, зразки були витягнуті з коробки, в якій вони були доставлені, для візуального огляду ємностей, що містили зразки, щоб переконатися, що вони не були пошкоджені, що могло б призвести до забруднення

Як я вже зазначав раніше, контейнери, в яких надійшли зразки, дійсно були пошкоджені і не були герметичними, а це означає, що їх не можна було використовувати для оцінки польового забруднення.

Далі потрібно було підготувати обладнання для фільтрації вмісту зразків.

Для очищення всіх частин фільтрувального обладнання використовували деіонізовану воду: Нілонові сітчасті фільтри (80 мікрон), воронку, затискач, тримач фільтра, колбу Ерленмейєра і фольгу. Фольга використовувалася для покриття всіх частин фільтрувального пристрою, які піддавалися впливу повітря, коли вода активно не фільтрувалася. За допомогою ручного насоса, під'єднаного до колби гумовою трубкою, зразок вакуумували через сітку, залишаючи тільки елементи розміром більше 80 мікрон.

Пляшки також промивали дистильованою водою і фільтрували для кожного зразка.

Після завершення процесу фільтрації нейлонові фільтри готові до подальшої обробки. За допомогою пінцета нейлонові фільтри обережно переносять з фільтрувального пристрою в чисті чашки Петрі. Кожна чашка Петрі маркується ідентифікаційним номером зразка для відстеження та подальшого аналізу.

Після того, як нейлонові фільтри висохнуть і будуть підготовлені до подальшої обробки, наступним етапом є підготовка їх до інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур'є (FTIR).

Залишивши фільтри в оригінальній упаковці, їх ретельно оглядають під мікроскопом. (Стереомікроскоп Leica) Частинки пластику, якщо вони присутні, ідентифікуються на основі їхнього характерного вигляду (форма і колір) і відповідно маркуються на підготовленому аркуші даних. Потім частинки обережно поміщають на чисте предметне скло і покривають тонким шаром SkinTac, обводять маркером і відповідним чином нумерують. Нова чашка Петрі, що містить предметне скло, маркується відповідним ідентифікатором зразка.

Оскільки цей процес вже виконувався в цій лабораторії раніше, для відображення приблизного рівня забруднення в лабораторному середовищі використовувалися дані попередніх досліджень і холості зразки. Враховуючи, що у нас не було відповідних польових зразків, це був доречний крок, щоб оцінити, які ще засоби мікропластичного забруднення можуть бути присутніми у зразках.

7 of 14

Рисунок 8 і 9: Приклади мікропластику (прозорий фрагмент ліворуч і прозорий пучок волокон праворуч), отримані під час ІЧ-Фур'є-обробки

7

8 of 14

8

Рисунок 10: Спектральне зчитування успішно фіксує мікропластиковий фрагмент

Успішне зчитування спектрів мікропластикового фрагмента.

Достовірним результатом для цього проекту було прийнято зчитування 60% і вище.

Grilamid TR 55 natural - це прозорий термопластичний поліамід високої чистоти на основі аліфатичних і циклоаліфатичних мономерів.

Навіть якщо деякі шматочки мікропластику були зчитані як менше 60%, посилаючись на попередній слайд, можна припустити, що цей зразок та інші можуть містити пластмаси, що виходять за межі результатів цього зчитування, оскільки при візуальному огляді було виявлено багато пластмас подібної природи в 15 зразках. І складно отримати показання волокон за допомогою кристалічної насадки ATR для ІЧ-Фур'є, яка безпосередньо контактує з часткою, подрібнюючи її.

9 of 14

Джерела забруднення

9

Лабораторні халати та одяг
Транспортування зразків
Нейлоновий фільтр

Рисунок 13: Осипання мікрофібри з текстильних матеріалів - Р. Ратінамурті, Рисунок 14: Металева посудина, в якій перевозили зразки, Рисунок 15: Нейлоновий фільтр зблизька

Основними джерелами забруднення можуть бути

Лабораторні халати: - Лабораторні халати, які носять працівники лабораторії, можуть вбирати в себе такі забруднювачі, як пил, волокна, і можуть забруднювати повітря, втрачаючи волокна від тертя. + Більшість лабораторних халатів виготовляються з поліефірно-бавовняної суміші (не менше 35% бавовни), а поліестер є одним з найпоширеніших матеріалів, що ворситься.

Транспортування зразків: - Спосіб транспортування зразків від місця відбору до лабораторії може призвести до потрапляння в них забруднюючих речовин.

Забруднювачі з навколишнього середовища, контейнерів або обробки під час транспортування можуть бути перенесені на зразки, які потім можуть бути перенесені в процес фільтрації.

-Нейлонові фільтри: Нейлонові фільтри виготовляються з синтетичних полімерних волокон, і за певних умов ці волокна можуть від'єднуватися або осипатися з фільтрувальної мембрани. Коли відбувається осипання нейлонового фільтра, волокна, що вивільняються, можуть забруднювати відфільтровану воду, що призводить до помилкових результатів або даних. Це може статися з різних причин:

1) Розмір і структура пор:

Фільтри з меншим розміром пор або більш щільною структурою можуть бути більш схильні до осипання, оскільки волокна щільно упаковані разом і їх легше змістити під час фільтрації.

2) Тиск фільтрації:

Високий тиск фільтрації, особливо якщо він застосовується різко або непослідовно, може спричинити навантаження на мембрану фільтра, що призводить до відшарування волокон. (непослідовність тиску ручного насоса)

3) Швидкість потоку:

Надмірна швидкість потоку може спричинити турбулентність у системі фільтрації, що збільшує ймовірність осипання фільтра.

10 of 14

Проблеми

10

Рисунок 14: Графічне представлення FTIR/SPECAC з одним відскоком

Коли кристал, що детектує червоне світло, тьмяний, це може призвести до зниження чутливості та інтенсивності сигналу під час аналізу. Це може призвести до погіршення якості спектрів і потенційно перешкоджати ідентифікації та кількісному визначенню мікропластику в зразках.

Щоб вирішити проблему пошкодження зразків у дослідницькому проєкті під час транспортування, важливо враховувати потенційне лабораторне забруднення і те, як його врахувати в аналізі.

У цьому контексті використання наявних дослідницьких проектів, які проводилися в порівнянних умовах, може слугувати цінним джерелом для оцінки лабораторного забруднення. Проаналізувавши дані цих проектів і виявивши будь-які закономірності або відхилення, можна зробити висновок про ступінь забруднення, яке могло вплинути на пошкоджені зразки під час транспортування. Цей порівняльний аналіз може допомогти кількісно оцінити вплив потенційного забруднення на дослідницький проект і відповідно скоригувати результати.

Посилання на 2 дані, зібрані в порівнянних умовах, може слугувати цінним орієнтиром для оцінки забруднення лабораторії. (Надано Алексом Жардіном та Маделейн Бурдагес).

Враховуючи обидва джерела, оціночна мінімальна і максимальна кількість забруднення зразків становить 2,79 і 4,03 на холостий зразок забруднення.

Загальна кількість забруднення становить від 61,38 мінімальної до 88,66 максимальної.

Порівнюючи з наданими даними, мінімально 68,34 і максимально 95,62 частинок не вважатимуться забруднювачами.

11 of 14

Результати

У списку з 22 зразків 17 містили мікропластик.
У всіх зразках було виявлено 157 одиниць мікропластику.
Найпоширеніші з них: Прозорі волокна, чорні волокна, прозорі фрагменти та прозорі пучки волокон.

11

Рисунок 7: Графік вмісту мікропластику в морській воді (червоний) та снігу (синій)

12 of 14

12

Потенційними джерелами мікропластику у зразках снігу та морської води, відібраних з льодовиків та річок Аляски, можуть бути атмосферні осадження (мікропластик може переноситися на великі відстані через атмосферу та осідати на льодовики з опадами (наприклад, снігопадом). Атмосферні осадження можуть переносити мікропластик з міських, промислових і прибережних районів у віддалені регіони, такі як льодовики), танення і стік льодовиків (схожі причини), місцева людська діяльність (ці конкретні зареєстровані райони користуються великою популярністю серед туристів на круїзних суднах, мандрівників, мисливців і рибалок) (в останньому пункті велика увага приділяється людській діяльності, пов'язаній з морською водою)

Дослідження Університету Аляски в Фербенксі виявило мікропластик у м'язах, підшкірному жирі та печінці тихоокеанських моржів

Це відкриття є першим у своєму роді у тихоокеанських моржів, що додає доказів широкого впливу мікропластику на навколишнє середовище

13 of 14

Обговорення

13

Рисунок 15: Місце захоронення відходів в океані Рисунок 16: Потік мікропластику - як пластик рухається в навколишньому середовищі.Ілюстрація Шуолінь Сяо та ін. / Nature Geoscience

Аналізуючи дані зі снігу та морської води, форма та колір мікропластику можуть дати уявлення про його походження.

Важчі пластики, такі як фрагменти та пакети, можуть подорожувати через потоки води завдяки процесу, який називається "транспортування в підвішеному стані". Навіть якщо важчий пластик спочатку тоне, він все одно може переноситися течією води. У періоди сильної течії, наприклад, під час сильних дощів або танення снігу, швидкість і турбулентність води збільшуються, що дозволяє навіть важчим пластикам опинитися в підвішеному стані і переноситися разом з течією. Потрапляючи у воду, ці важчі пластики можуть переноситися вниз за течією на великі відстані, зрештою досягаючи прибережних районів і морського середовища.

Наявність різнокольорових мікропластикових волокон у зразках снігу на Алясці вказує на те, що пластикове забруднення потрапило на досліджувану територію через атмосферне забруднення. Мікропластик може потрапляти в повітря через такі процеси, як руйнування великих пластикових предметів або стирання пластикових поверхонь. Потрапивши в повітря, мікропластик може осідати на поверхні землі, включаючи сніг і лід, під час опадів, таких як снігопад або дощ. Цей процес дозволяє мікропластику накопичуватися у віддалених регіонах далеко від його первісних джерел.

14 of 14

Згадки

Бонні М. Гамільтон - Навколишнє середовище та зміна клімату, Канада
Джессі Вермер - Карлтонський університет
Ебігейл Барроуз - збір зразків
Дженніфер Провенчер - Міністерство навколишнього середовища та зміни клімату Канади та решті команди ECCC за їхні поради та підтримку!

14

Особлива подяка: