КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-17-00035

НазваниеРаспространение микрочастиц антропогенных полимеров (микропластика) и ассоциированных с ними тяжелых металлов и их соединений в крупных водных объектах суши (на примере Онежского озера).

РуководительЗобков Михаил Борисович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Карельский научный центр Российской академии наук", Республика Карелия

Года выполнения при поддержке РНФ2019 - 2021

КонкурсКонкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-709 - Гидрохимия

Ключевые словамикропластик, поверхностные воды, тяжелые металлы, ассимиляция, водные организмы, Онежское озеро

Код ГРНТИ87.19.09


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Загрязнение водной среды полимерными материалами в настоящее время признано нарастающей проблемой планетарного масштаба. За рубежом уделяется значительное внимание таким исследованиям, в то время как в России эти вопросы только начинают подниматься несмотря на практическое отсутствие инфраструктуры переработки и полное отсутствие культуры обращения с пластиковыми отходами в нашей стране. По мнению научной общественности наибольшую экологическую опасность представляет собой микро и нано-пластик - частицы полимеров, имеющие размер менее 5 мм. Обладая низкой удельной плотностью, они легко транспортируются в водной среде на большие расстояния и длительно находятся на поверхности воды или в водном столбе, а благодаря малому размеру они воспринимаются водными организмами как источник пищи. Особую опасность представляет способность этих пластиковых частиц адсорбировать на своей поверхности стойкие загрязняющие вещества, осуществлять их перенос и распространение с мусорных полигонов, отстойников сточных вод и других источников загрязнений в реки, озера и моря. Тем самым они представляют собой новый вектор распространения опасных загрязняющих веществ. Они считаются одной из возможных причин накопления повышенных концентраций тяжелых металлов и стойких органических загрязнителей в мясе и репродуктивной системе морских организмов. Концентрируясь при продвижении вверх по пищевой цепи, загрязняющие вещества могут попадать таким образом в организм человека. В мировом масштабе изучению загрязнения морской среды пластиком уделяется большое внимание, однако в пресноводных объектах, которые являются стратегическими водными запасами и источниками пищи, этот новый тип загрязнения практически не изучен. В настоящее время опубликовано меньше двух десятков научных статей, посвященных исследованиям различных аспектов поведения микропластиковых частиц в поверхностных водах суши. Пока установлены лишь отдельные факты адсорбции загрязняющих веществ пластиками, однако объемы поступления различных загрязняющих веществ с полимерами остаются плохо изученными, равно как и скорости поступления этих загрязняющих веществ из частиц пластиков в водные организмы. В поверхностных водах гумидной зоны эти процессы вызывают особенное беспокойство, поскольку многие химические вещества, а особенно ионы тяжелых металлов, способны входить в комплекс с гумусовыми веществами, которые в свою очередь могут быть хорошо сорбированы поверхностью пластиков наравне с другими гидрофобными соединениями. Данный проект будет посвящен проблеме поступления микропластика в водные объекты суши (на примере Онежского озера) с речным стоком, промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами, а также определении содержания ионов тяжелых металлов, связанных с частицами полимеров. Запланированы эксперименты по оценке возможности перехода ионов тяжелых металлов от частиц полимеров в тела водных организмов в процессе питания. Будет проведена оценка степени загрязнения Онежского озера, второго по величине озера Европы, и его основных притоков микропластиком и определены концентрации тяжелых металлов, как в воде, так и ассоциированных с этим новым типом загрязнения.

Ожидаемые результаты
Основными научными результатами работы будут являться: 1). Новые знания о поступлении микропластика в водные объекты суши с речным стоком, промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. 2). Новые знания о содержании тяжелых металлов (ТМ) в ионном состоянии, а также связанных с частицами микропластика в поверхностных водах суши. 3). Новые данные о степени загрязнения Онежского озера и его притоков тяжелыми металлами и микропластиком. 4). Новые знания о накоплении тяжелых металлов, ассоциированных с частицами пластика, пресноводными организмами в процессе питания. Все результаты являются новыми, соответствуют современным научным тенденциям и мировому уровню исследований. В процессе работы будут усовершенствованы известные аналитические методики анализа микропластика в водной среде, а также ассоциированных с ним тяжелых металлов. Это позволит более точно и эффективно организовывать мониторинговые исследования этого нового вида загрязнений по всему миру. Для охраны окружающей среды важными будут знания о содержании микропластика в Онежском озере, а также ассоциированных с ним ионов тяжелых металлов и роль гумусовых веществ и лигносульфонатов в процессе переноса ТМ частицами микропластика. Впервые на современной аналитической базе будет оценен химический состав полимерных частиц, обнаруженных в поверхностных водных объектах России. Полученные в процессе выполнения проекта новые знания позволят обосновывать необходимость проведения природоохранных мероприятий, внедрение новых технологий переработки мусора, информировать население о рисках, вызванных неправильным обращением с пластиковыми отходами.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


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.

 

Публикации

1. - Михаил Зобков. Рубрика «Экогерой» Телекомпания СампоТВ-360, Михаил Зобков. Рубрика «Экогерой», выпуск от 19.10.2019. (год публикации - ).

2. - Экогерои: мы несем ответственность за утилизацию отходов, которые производим АУ РК «Информационное агентство «Республика Карелия», АУ РК «Информационное агентство «Республика Карелия», ОБЩЕСТВО 18-10-2019 (год публикации - ).

3. Белкина Н.А. Микропластик в водах суши. Донные отложения. Микропластик в окружающей среде: нарастающая проблема планетарного масштаба. Изд-во ЛЕНАНД. Москва. под.ред. Казмирук В.Д., с. 224-235 (год публикации - 2019).

4. Кулик Н.В. Взаимодействие микропластика с другими загрязнителями. Тяжелые металлы. Микропластик в окружающей среде: нарастающая проблема планетарного масштаба. Изд-во ЛЕНАНД. Москва. под.ред. Казмирук В.Д., с.182-187 (год публикации - 2019).