Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Проведена подготовка и установка пробоотборного оборудования и отработаны приемы работы с борта НИС «Посейдон». Проведен тестовый выход в весенний период на акватории Онежского озера. В результате были отобраны пробы воды с поверхности и из водного столба на акватории Петрозаводской, Кондопожской губ и в центральной части Онежского озера. Пробы использовались для разработки и постановки методик анализа микропластика (МП), постановки методики исследования образцов из природной среды с помощью Рамановской спектрометрии, электронной микроскопии и SEM-EDS –анализа. В сентябре 2019 г. на Онежском озере был проведен отбор проб воды и донных осадков на содержание микропластика и химический анализ. Работы проводились в осенний период на всей акватории Онежского озера, включая Кондопожскую и Петрозаводскую губы, Повенецкий и Заонежский заливы, Кижские шхеры, центральную и южную части Онежского озера, в устьях его основных притоков (реки Шуя, Водла, Андома, Вытегра) и истоке из озера– р. Свирь, а также в районе расположения свалки ТБО г. Петрозаводска (на реках Нелукса и Сельгская). Целью работ было выявление пространственного распределения микропластика и тяжелых металлов (ТМ) в водах озера, соотношения концентраций ТМ в поверхностном и придонных горизонтах, форм их нахождения (в растворенном или взвешенном состоянии) и выявления основных источников их поступления. В пробах воды определялся ряд химических показателей (Сорг, ХПК, ПО, БПК5, Робщ, Рмин, NO2-, NO3-, NH4+, Nобщ, Nорг, pH, электропроводность, Cl-, Na+, Fe, Mn, общие ТМ, взвешенные ТМ, растворенные ТМ, взвешенное вещество, лигносульфонаты и гумусовые вещества) с целью дальнейшего выявления взаимосвязей в содержании этих веществ и микропластика. Произведен анализ проб воды Онежского озера с поверхностного и придонного горизонтов (131 проба) методами ICP-MS (25 элементов) и AAS. В ходе предыдущих исследований не производился отбор проб с обоих горизонтов, большинство данных были получены по валовому содержанию элементов на поверхности воды. Проанализированы полученные результаты, получена наиболее полная информация о микроэлементном составе воды Онежского озера и его основных притоков. Новые данные по содержанию элементов в пробах воды поверхностного горизонта в устьях рек, сопоставимы с предыдущими исследованиями. В придонном горизонте, как правило, концентрации металлов выше, чем в поверхностном по всем изучаемым элементам. Для всех рек и районов озера зафиксировано превышение ПДК для рыбохозяйственных водоемов по меди. Содержание Ni, Cr, Cd и Pb для проб воды с обоих горизонтов всех объектов не превышают ПДК для рыбохозяйственных водоемов. Значительное превышение ПДК по железу, марганцу и цинку получено для рек дренирующих территории свалок (р. Нелукса, р. Сельгская). Результаты анализа пробы воды, отобранных в месте выпуска сточных вод г. Петрозаводска и Кондопожского ЦБК, по всем исследуемым элементам не показали превышения ПДК, тем не менее они остаются выше, нежели в других районах озера. Подготовлен и опубликован литературный обзор по проблеме загрязнения донных осадков поверхнгстных вод суши микропластиком, а также взаимодействия ТМ и частиц микропластика (Казмирук, 2020). Проведен анализ проб донных осадков на гранулометрический состав, физические характеристики (7 показателей), химический состав (ППП, Зольность, Сорг, Рмин), металлы (31 элемент). Получены новые данные о содержании микроэлементов и тяжелых металлов в донных отложениях озера, их гранулометрического, химического состава и физических характеристик и проведен их предварительный анализ. Выявлено различие между микроэлементным составом донных отложений Онежского озера и составом горных пород водосборной территории, обусловленное дифференциацией осадочного вещества в процессе седиментогенеза. Вопрос о влиянии динамики вод и биогеохимических процессов, протекающих в экосистеме озера, на миграционные характеристики металлов в ходе осаждения взвешенного вещества требует дальнейшего исследования. Модифицированы методики выделения микропластика из природных матриц (воды, донных осадков, живых организмов). Методики были специально адаптированы для анализа частиц в водных объектах суши с упором на дальнейший анализ тяжелых металлов. Поставлены методики микроанализа частиц полимеров с помощью Рамановской спектроскопии и электронной микроскопии. Проведены пилотные эксперименты по сорбционной способности частиц микропластика, сорбции тяжелых металлов частицами МП, искусственному старению частиц пластика под действием УФ-излучения и токсикологический эксперимент по влиянию частиц МП на бентосного рачка Gmelinoides fasciatus. Проведены предварительные исследования химического состава частиц микропластика с помощью Рамановской спектрометрии, выделенных из проб с поверхности воды, водного столба и донных отложений Петрозаводской губы Онежского озера. Во всех обследованных образцах воды и донных осадков было выявлено 12 типов различных полимеров. Наиболее часто встречаемыми были полипропилен и полиакрилонитрил. С применением разработанной методики получены новые данные о содержании микропластика в донных отложениях Петрозаводской губы и открытой части Онежского озера. Выявлены тренды в содержании микропластика в донных осадках связанные с гидродинамическим режимом этих районов. Основными формами обнаруженного пластика в донных осадках являются волокна и микрогранулы. Важным отличием Онежского озера от Балтийского моря является высокое содержание микрогранул, сравнимое с содержанием волокон. По полученным на настоящий момент данным можно сказать, что загрязнение донных осадков Онежского озера микропластиком сопоставимо по уровню с Балтийским морем. Этот результат особо важен, поскольку исследования на этих двух объектах проводился по сходным методикам, что позволяет количественно сравнивать полученные результаты. Проведено электронномикроскопическое исследование частиц микропластика (искусственно подготовленных и из природной среды) с помощью сканирующего электронного микроскопа VEGA II LSH (Tescan) с энергодисперсионным микроанализатором INCA Energy 350 (Oxford instruments). Была отработана методика подготовки наиболее сложных для анализа микропластиков – волокон, для электронномикроскопического исследования. На поверхности частиц, отобранных из природной среды, обнаружены включения с широким спектром тяжелых элементов. Получены новые знания о механизмах разрушения пластиков. Проведен пилотный токсикологический эксперимент с целью изучения воздействия микрочастиц полистирола различных размерных фракций и выявлено их избирательное токсическое действие на бентосных рачков Gmelinoides fasciatus - обитателей литорали Онежского озера.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проведено две экспедиции на акватории Онежского озера в весенний и летний периоды и пять сезонных отборов проб на притоках Петрозаводской губы Онежского озера. Изучено содержание микропластика в донных осадках особо охраняемых природных территорий - Водлозерского национального парка (оз.Водлозеро) и Музея-заповедника «Кижи» (Кижские шхеры Онежского озера). Проведены лабораторные эксперименты по искусственному старению частиц микропластика. Выявлен активный процесс аккумулирования микропластика в донных осадках Онежского озера, содержание которого примерно в 2 раза выше, чем в Балтийском море. Установлено, что накопление микропластика зависит от гидродинамических факторов и находится во взаимосвязи с физико-химическими параметрами осадка. Определено, что различные формы микропластика аккумулируются по-разному: гидродинамически тяжелые частицы (фрагменты, пленки и гранулы) в основном осаждаются рядом с их источниками, а легкие волокна – в зонах со слабой гидродинамикой – в глубоководных районах озера. Эти результаты показывают, что крупные водные объекты суши являются первичными приемниками и накопителями этого нового вида загрязнения, что необходимо учитывать при обосновании инновационной стратегии охраны водных объектов. Оценено современное состояние всей акватории Онежского озера по химическим показателям качества воды на основе трех экспедиционных выездов (осень, весна, лето). Впервые получены данные по содержанию и распределению гумусовых веществ в поверхностном слое воды всего озера. Выявлено, что наибольшее их поступление в водоем происходит в весенний период. По результатам проведенных наблюдений установлено, что в настоящее время наибольшему антропогенному воздействию подвержены Кондопожская и Петрозаводская губы. В первом случае это связано с деятельностью Кондопожского ЦБК, где основным загрязняющим веществом являются лигносульфонаты, и форелевых хозяйств. Во втором случае с поступлением хозяйственно-бытовых сточных вод, а также выносом загрязняющих веществ с территории города Петрозаводска и городской свалки ТБО с малыми реками. В реках, дренирующих селитебные территории г. Петрозаводска, изучено соотношение форм миграции металлов. Выявлено, что в исследованных реках металлы существуют в основном во взвешенной форме, ее доля по отношению к растворенной форме изменяется вдоль по течению рек. На соотношение взвешенной и растворенной форм металлов в реках наибольшее воздействие оказывает точечные источники загрязнения и урбанизированные территории (свалка ТБО, селитебные территории г.Петрозаводска). С применением Раман-спектрометрии, электронной микроскопии и EDS выявлено четыре основных механизма деструкции микропластиков: • Локальную деструкцию монофазного микропластика – локальное окисление и отщепление тонких чешуек и фрагментов с образованием наноразмерных пластиков; • Преобладающую деструкцию многофазного микропластика – избирательное разрушение одной из фаз композита, например, связки между отдельными компонентами пластика с их обособлением; • Микробиологическое разрушение микропластиков под воздействием диатомей (в частности диатомеями Aulacoseira islandica); • Минералогическое разрушение микропластика путем сорбции химических элементов и кристаллизация нанокристаллов в мелких трещинках, который при соответствующих условиях начинают расти, и разрывают пластик. При этом последний механизм в научной литературе ранее не упоминался. По результатам двух экспериментов по десорбции металлов с поверхности ПЭТ показано, что механизмы десорбции элементов идентичны для крупной и мелкой фракции. Выявлено, что в пересчете на 100 мг пластика с поверхности мелкоразмерной фракции ПЭТ десорбируется существенно больше металлов, чем с крупной. Получены изотермы сорбции металлов на ПЭТ (размер частиц > 0,45 мкм). Для Mn, Ni, Cu, Cd и Pb определены ёмкость монослоя, константа адсорбционного равновесия, величина адсорбции при равновесной концентрации адсорбата и степень приближения изотерм к прямой. Впервые предложены модели генерации микропластика из набора макро-фрагментов за счет стохастического разрушения и модель фильтрации трехмерных фрагментов микропластика на сетке. Получено хорошее соответствие результатов, полученных с помощью моделей и наблюдаемыми в природе распределениями.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
На основе сезонных исследований, проведенных в 2019-2021 гг. по проекту дана характеристика химического состава и степени загрязнения Онежского озера. Проведен анализ изменения некоторых характеристик в многолетнем плане с привлечением архивных данных. По химическим показателям качества воды пелагиаль Онежского озера (центральная и южная части, Большое и Малое Онего, Заонежский залив) сохраняет высокое качество воды, вместе с тем отмечается тенденция снижения соотношения Nмин:Pобщ за последние тридцать лет в большинстве районов озера, что свидетельствует о признаках его евтрофирования. В рамках проекта впервые осуществлен систематический отбор проб воды и исследованы формы нахождения тяжелых металлов в поверхностном и придонном горизонтах на всей акватории Онежского озера в весенний, летний и осенний сезоны, а также в зимний период – в Петрозаводской, Кондопожской губах и центральной части озера. Проведено сравнение содержания и форм нахождения металлов в воде поверхностного и придонного горизонтов различных районов озера (Петрозаводская и Кондопожская губы, центральная часть) по всем гидрологическим сезонам. Выявлено перераспределение металлов в поверхностном и придонном горизонтах в зависимости от сезонов года и рассмотрен характер распределения форм металлов в воде придонного горизонта в разные гидрологические сезоны. Выявлены сезонные закономерности между соотношениями миграционных форм Fe, Mn, Cu, Ni, Pb. Предложенная ранее в проекте модель генерации вторичного микропластика дополнена критериями, при которых выполняется закон сохранения массы, а получаемые частотно-размерные распределения наборов частиц микропластика стали согласованы с наблюдаемыми в природе. Построенная модель позволяет воспроизводить различные условия генерации микропластика и анализировать данные имеющихся измерений. Проведены исследования искусственно состаренных образцов микропластика с использованием методов оптической профилометрии, Рамановской спектроскопии и электронной сканирующей микроскопии и EDS микроанализа. Показано, что все рассмотренные методы позволяют получить некоторые количественные характеристики степени УФ-деструкции полимеров. Применение этих методов или их сочетания в дальнейшем может дать возможность количественной оценки степени деструкции полимера и времени его нахождения в окружающей среде. Определена возможность поедания микропластика инвазивным видом Gmelinoides fasciatus Stebbing, широко распространенным в экосистеме Онежского озера. Оценены размерные группы частиц, которые может потреблять этот рачок, и интенсивность поедания частиц различных размеров, а также экологический эффект, который может вызвать поедание фрагментов МП этим рачком в экосистеме озера. Выявлено, что при наблюдаемых концентрациях фрагментов МП в донных осадках Онежского озера их негативный эффект на популяцию данного вселенца маловероятен. Разработана методика подготовки частиц МП для оценки возможности проникновения тяжелых металлов в тела водных организмов. Проведен эксперимент по оценке возможности передачи тяжелых металлов, адсорбированных на частицах МП в тела ракообразных G. fasciatus. Выявлено, что в краткосрочных экспериментах (6 суток) частицы МП не вносят существенного вклада в процесс накопления металлов в телах этих рачков.