Мікропластик дедалі частіше розглядають не лише як самостійний забруднювач довкілля. Його поверхня може взаємодіяти з іншими хімічними речовинами, утримуючи їх і потенційно сприяючи їхньому переміщенню в екосистемах. Саме цьому явищу — адсорбції органічних забруднювачів на мікропластику — присвячено значний масив наукових досліджень.
Важливо зазначити: наведені нижче роки — це роки публікації згаданих у науковому огляді робіт, а не обов’язково точні роки проведення експериментів.
Від пластику до «хімічного носія»
Мікропластик (МП) — це пластикові волокна, частинки або плівки діаметром менше 5 мм, які широко поширені, важко піддаються розкладанню та наразі становлять серйозну глобальну екологічну проблему (Jiang, 2019). Під час деградації пластику вивільняються пластифікатори, стабілізатори, антипірени та інші добавки, здатні завдати безпосередньої шкоди живим організмам (Wang, 2020). Дрібні частинки МП можуть проникати в клітини водоростей, пригнічуючи як їхній ріст, так і фотосинтез (Li et al., 2020), а потрапляння МП в організм тварин може спричинити пошкодження кишечника, втрату ваги, некроз печінки та загибель (Wang et al., 2020e). Крім того, частинки МП мають малий розмір і низьку щільність, можуть тривалий час перебувати в атмосфері та легко переноситися вітром (Dris et al., 2016; Liu et al., 2019d). Вони також можуть потрапляти в дихальні шляхи тварин і становлять серйозну загрозу для здоров’я людини (Zhang et al., 2020). Найважливіше те, що МП характеризуються великою питомою площею поверхні та вираженою гідрофобністю, завдяки чому вони здатні легко адсорбувати забруднювальні речовини з навколишнього середовища (Atugoda et al., 2020; Elizalde-Velazquez et al., 2020; Guo et al., 2019a; Li et al., 2021; Qiu et al., 2019;
Попередні дослідження показали, що здатність мікропластику (МП) адсорбувати органічні забруднювачі приблизно на два та шість порядків перевищує відповідні показники для донних відкладень і навколишньої морської води (Mato et al., 2001; Teuten et al., 2007). Однак спорідненість МП до адсорбції органічних забруднювачів, вочевидь, є меншою порівняно з активованим вугіллям (Hüffer et al., 2014).Що саме утримує мікропластик?
Сорбція — це процес переходу хімічних речовин із текучих середовищ (рідин і газів) у тверді тіла (Fred-Ahmadu et al., 2020; Vieira et al., 2021); вона охоплює адсорбцію та абсорбцію (Al-Ghouti and Da’Ana, 2020).
Під час адсорбції молекули хімічних речовин утримуються на межі поділу фаз «тверде тіло — рідина», тоді як під час абсорбції вони проникають усередину твердої матриці.
(Rodrigues et al., 2019). Коли концентрація органічних забруднювачів у
навколишньому середовищі низька, адсорбція відбувається завдяки сильним
взаємодіям, зумовленим силами на поверхні мікропластику (МП). Однак за високих
концентрацій переважає абсорбція, оскільки збільшується об’єм, доступний для
розміщення молекул (Hartmann et al., 2017; Luthy et al., 1997). Розмежувати
адсорбцію та абсорбцію неможливо, оскільки ці два процеси зазвичай відбуваються
одночасно (Fred-Ahmadu et al., 2020).
Саме тому мікропластик можна розглядати як своєрідну рухому поверхню, яка контактує з іншими компонентами довкілля.
Перші польові спостереження
Важливі дані отримували не лише в лабораторіях.
У 2010 році Frias та співавтори повідомили про виявлення стійких органічних забруднювачів у поліпропілені, поліетилені, полістиролі та пластикових волокнах, зібраних уздовж узбережжя Португалії. Серед виявлених речовин були поліхлоровані біфеніли (ПХБ), поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ) та ДДТ.
Цей результат важливий з однієї простої причини: мікропластик у природі — це не лабораторна кулька з однорідними властивостями. Він може контактувати з великою кількістю хімічних речовин і з часом змінювати власні фізико-хімічні характеристики.
Ще один напрям досліджень продемонстрували Li та співавтори (2018). Вони досліджували п’ять типів мікропластику — поліетилен, полістирол, поліпропілен, полівінілхлорид і поліамід — та їхню здатність адсорбувати антибіотики, зокрема сульфадіазин, амоксицилін, тетрациклін, ципрофлоксацин і триметоприм у прісноводних і морських системах.
Отже, питання вже не обмежується лише промисловими органічними забруднювачами. На поверхні пластикових частинок можуть взаємодіяти й фармацевтичні сполуки.
Коли мікропластик зустрічається з живим організмом
Особливу увагу вчених привертає ситуація, коли частинка, що вже взаємодіяла із забруднювачами, потрапляє до організму.
У роботах, згаданих в огляді, описано можливість перенесення органічних забруднювачів мікропластиком у морських екосистемах. Teuten та співавтори (2007) досліджували зв’язок пластикових частинок з органічними забруднювачами та їхнє потенційне переміщення в морському середовищі.
Окремі експерименти привернули увагу до можливого комбінованого впливу.
Наприклад, вплив мікропластику з адсорбованими перфторованими сполуками
на печінку риб даніо-реріо був сильнішим, ніж вплив самого мікропластику
чи окремо взятих перфторованих сполук (Rainieri та ін., 2018).
І це лише мала частина із наведенних досліджень.
Ці результати не дають підстав автоматично стверджувати, що кожна пластикова частинка в довкіллі є небезпечним «контейнером» токсинів. Навпаки, самі автори огляду підкреслюють складність процесу: концентрації мікропластику в природі можуть бути на кілька порядків нижчими за концентрації органічних забруднювачів, тому реальний внесок мікропластику в їх перенесення залишається предметом досліджень.
Від чого залежить здатність мікропластику утримувати забруднювачі?
Відповідь не зводиться лише до типу полімеру.
На адсорбцію можуть впливати:
розмір частинки;
питома площа поверхні;
ступінь старіння пластику;
кристалічність;
функціональні групи на поверхні;
полярність;
гідрофобність і заряд самого забруднювача;
pH середовища;
температура;
іонна сила.
Особливо важливим є старіння пластику. Частинка, яка тривалий час перебуває в природному середовищі, вже не обов’язково має ті самі властивості, що новий пластиковий матеріал. Саме тому лабораторні експерименти з «чистими» частинками можуть не повністю відображати поведінку мікропластику в природі.
Чому наука поки не має остаточної відповіді?
Попри швидке зростання кількості публікацій, значна частина досліджень адсорбції мікропластику проводилася саме в лабораторних умовах. У природі одночасно присутні різні полімери, органічні та неорганічні речовини, мікроорганізми, солі та інші компоненти. До того ж температура, pH та іонний склад середовища постійно змінюються.
Для опису процесів учені використовують математичні моделі. Серед них — моделі псевдопершого та псевдодругого порядку, моделі внутрішньочастинкової дифузії та дифузії в рідкій плівці. Вони допомагають оцінювати швидкість адсорбції та визначати можливі обмежувальні стадії процесу.
Однак математична модель не усуває головної проблеми: реальне довкілля значно складніше за лабораторну систему.
Саме тому автори огляду наголошують на необхідності майбутніх досліджень у природних умовах, вивчення одночасної присутності кількох забруднювачів і оцінювання сукупного впливу мікропластику та хімічних речовин на живі організми.
Мікропластик — не просто шматочок пластику
Сучасні дослідження поступово змінюють уявлення про те, що відбувається з пластиковими частинками після їхнього потрапляння в довкілля.
Мікропластик може взаємодіяти з органічними забруднювачами через цілу систему фізико-хімічних механізмів. Частинка може змінюватися під впливом довкілля, накопичувати на поверхні різні речовини та переміщуватися між компонентами екосистеми.
Тому сьогодні коректніше говорити не про остаточно доведений універсальний механізм «перенесення токсинів пластиком», а про реальний фізико-хімічний процес, який потребує подальшого вивчення в природних умовах. Саме перехід від спрощених лабораторних моделей до складних реальних екосистем має бути одним із ключових напрямів майбутніх досліджень.
Джерело: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0147651321003183?via%3Dihub
