Солнечный свет способствует выделению микропластика, формируя сложную и изменяющуюся смесь растворённых химических веществ в реках и океанах. Это приводит к невидимому загрязнению, которое распространяется гораздо дальше, чем сами частицы пластика. Такие химические следы отличаются от природных органических соединений и могут незаметно влиять на водные экосистемы и состав воды.

Как микропластик выделяет химические вещества

Учёные обнаружили, что микропластик, находящийся в реках, озёрах и морях, постоянно выделяет в воду сложные органические соединения. Этот процесс усиливается под воздействием солнечного света и продолжается со временем. Новые исследования позволили детально рассмотреть на молекулярном уровне, как формируется и изменяется растворённое органическое вещество, выделяемое микропластиком (MPs DOM), в природных водоёмах.

В исследовании, опубликованном в журнале New Contaminants, были изучены четыре распространённых типа пластика. Учёные сравнили химические вещества, выделяемые этими пластиками, с природными органическими соединениями, обнаруженными в реках. Используя кинетическое моделирование, флуоресцентную спектроскопию, высокоразрешающую масс-спектрометрию и инфракрасный анализ, исследователи показали, что каждый тип пластика выделяет уникальную химическую смесь. Эти химические "подписи" меняются по мере разрушения поверхности пластика под действием солнечного света.

Влияние солнечного света и особенности разных пластиков

В ходе экспериментов микропластик из полиэтилена, полиэтилентерефталата, полимолочной кислоты и сополимера полибутиленадипат-ко-терефталата подвергался воздействию воды как в темноте, так и под ультрафиолетом в течение 96 часов. Солнечный свет значительно увеличивал количество растворённого органического углерода, выделяемого каждым из протестированных пластиков. Особенно интенсивно выделяли такие вещества биораспадаемые пластики (PLA и PBAT), что связано с их менее стабильной химической структурой.

Кинетическое моделирование показало, что скорость выделения химических соединений определялась физико-химическими ограничениями на поверхности пластика, а не количеством уже растворённого материала. Под ультрафиолетом главным замедляющим фактором была диффузия через плёнку.

Химический состав выделяемых веществ

Пластики выделяют сложные смеси химических соединений, включающих добавки, мономеры, олигомеры и фрагменты, образующиеся в результате фотоокислительных реакций. Пластики с ароматическими структурами, такие как PET и PBAT, создавали особенно сложные химические смеси. По мере старения пластика увеличивалось содержание функциональных групп с кислородом, что указывает на образование спиртов, карбоксилатов, эфиров и карбонилов. Также были обнаружены химические добавки, например фталаты, что связано с их слабой связью в структуре пластика.

Флуоресцентные измерения показали, что MPs DOM по своим свойствам больше напоминает органический материал, производимый микробами, чем органику, поступающую с суши и почв. Эта картина резко отличается от природного растворённого органического вещества в реках. Со временем соотношение белковых, лигниноподобных и таниноподобных веществ менялось в зависимости от типа пластика и уровня солнечного воздействия.

Экологические риски невидимого загрязнения

Изменяющиеся химические смеси, выделяемые микропластиком, могут по-разному влиять на водные экосистемы. MPs DOM в основном состоит из мелких, биологически доступных молекул, которые способны стимулировать или подавлять рост микробов, нарушать круговорот питательных веществ или взаимодействовать с металлами и другими загрязнителями. Ранее было показано, что MPs DOM может вызывать образование активных форм кислорода, влиять на формирование побочных продуктов дезинфекции и изменять, как загрязнители прикрепляются к частицам в воде.

Полученные результаты подчёркивают важность учёта полного жизненного цикла микропластика в воде, включая невидимые растворённые химические вещества, которые он выделяет. По мере роста мирового производства пластика такие растворённые соединения могут приобретать всё большее экологическое значение.

Перспективы прогнозирования и регулирования

Поскольку MPs DOM химически сложен и постоянно меняется, исследователи считают, что инструменты машинного обучения могут помочь прогнозировать поведение этих веществ в природных водах. Такие модели способны улучшить оценку рисков для здоровья экосистем, переноса загрязнителей и круговорота углерода.

Авторы также отмечают, что поток микропластика в реки и океаны в значительной степени не регулируется. По мере того как пластик продолжает фрагментироваться и разрушаться под действием солнечного света, выделение MPs DOM будет только увеличиваться. Понимание того, как эти химические вещества эволюционируют на разных стадиях разложения пластика, важно для оценки их долгосрочного воздействия на окружающую среду.