Ученые следили за ними весь этот срок
Окурки — самый распространенный вид мусора во всем мире. Ежегодно в городах, парках, на пляжах, вдоль железнодорожных путей и на обочинах дорог выбрасываются триллионы окурков.
Несмотря на свой небольшой размер, эти остатки выкуренных сигарет представляют собой серьезную проблему, поскольку их фильтры в основном состоят из ацетата целлюлозы — пластичного полимера, получаемого из натуральной целлюлозы, который очень устойчив к разложению в окружающей среде и состоит из плотно упакованных микроскопических волокон.
Во время долгосрочного исследования удалось выяснить, что происходит с сигаретными фильтрами после того, как они попадают в окружающую среду. Наблюдая за их трансформацией в течение целого десятилетия, ученые пришли к выводу, что окурки претерпевают сложную последовательность физических, химических и биологических изменений, но не исчезают полностью. Вместо этого они медленно трансформируются и сохраняются в почве в виде микропластиковых остатков.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Environmental Pollution, дают наиболее полное на сегодняшний день представление о том, как сигаретные фильтры влияют на окружающую среду, и подчеркивают долгосрочный характер этого вида загрязнения.
Десятилетний эксперимент
Большинство предыдущих исследований, посвященных окуркам, были сосредоточены на краткосрочных последствиях и, как правило, изучали только что выброшенные окурки или их фильтраты в течение нескольких дней или месяцев. Однако мало что было известно о том, что происходит с сигаретными фильтрами в реальных условиях окружающей среды в течение длительного времени.
Поместив тысячи окурков в сетчатые мешки для мусора, исследователи в течение десяти лет наблюдали за тем, как разлагаются фильтры в условиях, имитирующих городскую среду, песчаные и богатые питательными веществами почвы на лугах.
Собрав образцы в разные периоды в течение десяти лет, исследователи смогли проследить, как со временем менялись окурки с точки зрения потери массы, химического состава, микробной колонизации и экологической токсичности.
Исследование показало, что разложение сигаретных фильтров происходит в несколько этапов и во многом зависит от условий окружающей среды, в частности от наличия питательных веществ и активности микроорганизмов.
Медленная и неполная деградация
Первая стадия разложения происходит относительно быстро. В течение первых недель окурки теряют часть своей массы, поскольку начинают разрушаться растворимые соединения и внешние слои.
Однако за этим начальным этапом следует длительный период крайне медленной деградации. Основная причина кроется в структуре самого фильтра. Ацетатные волокна целлюлозы химически модифицируются для повышения их прочности и фильтрующей способности, что также делает их устойчивыми к воздействию микроорганизмов.
В средах с низкой биологической активностью, например на городских поверхностях или в субстратах с низким содержанием питательных веществ, процесс разложения вскоре стабилизируется. В таких условиях даже через 10 лет фильтрующие волокна остаются практически нетронутыми.
В более благоприятных условиях, например в почвах, богатых органическими веществами и микробными сообществами, разложение происходит интенсивнее. В таких условиях микроорганизмы могут заселять фильтрующий материал и постепенно изменять его структуру.
Через 10 лет максимальная наблюдаемая потеря массы составила около 84%, что указывает на то, что значительная часть исходного материала все еще находится в почве. Однако в городских условиях деградация составила всего около 52 %, то есть почти половина фильтрующего материала сохранилась.
От волокон к почвенным агрегатам
Один из самых поразительных результатов исследования касается структурной трансформации фильтрующих волокон с течением времени.
При благоприятных почвенных условиях исходные волокна из ацетата целлюлозы постепенно теряют свою структуру и встраиваются в окружающую почвенную матрицу. Со временем материал образует плотные микроскопические агрегаты, состоящие из разложившихся волокон, остатков микроорганизмов и минеральных частиц.
Эти сферические структуры, обнаруженные с помощью электронной микроскопии, по всей видимости, представляют собой ранее не описанную трансформацию волокон сигаретных фильтров в процессе длительного воздействия окружающей среды.
Хотя этот процесс может сделать окурки менее заметными, он не уничтожает их. Скорее, он может стать новым способом сохранения частиц пластика в наземных экосистемах. Эта трансформация также свидетельствует о том, что сигаретные фильтры способствуют образованию вторичного микропластика в почве.
Роль микроорганизмов
Микроорганизмы играют важную роль в этом процессе трансформации. По мере разложения сигаретных фильтров в почве микробные сообщества заселяют материал и способствуют его постепенной трансформации.
Исследование показало, что в процессе разложения значительно меняются как бактериальные, так и грибковые сообщества. В почвах, богатых питательными веществами, на поверхности фильтров развиваются разнообразные популяции микроорганизмов, которые участвуют в разложении материала.
Однако одной лишь жизнедеятельности микроорганизмов недостаточно для полного разложения ацетатных волокон. Их высокоацетилированная химическая структура делает их особенно устойчивыми к биологическому разложению.
В результате даже после интенсивной переработки микроорганизмами в почве остаются фрагменты исходного фильтрующего материала.
Изменение токсичности с течением времени
В ходе исследования также изучалось, как меняется экологическая токсичность окурков при длительном воздействии на окружающую среду. Известно, что при попадании в воду из только что выброшенных окурков выделяется широкий спектр токсичных соединений, в том числе никотин, тяжелые металлы и ароматические углеводороды, которые могут оказывать негативное воздействие на водные организмы и растения.
Однако экотоксикологические последствия использования окурков не исчезают сами по себе со временем. Наибольшую токсичность демонстрируют свежие окурки, в основном из-за быстрого высвобождения растворимых химических веществ, таких как никотин. В тестах на токсичность с использованием морской бактерии Aliivibrio fischeri, стандартного организма, применяемого в экологических биотестах, даже низкие концентрации фильтрата из окурков вызывали сильные биологические реакции.
По мере разложения токсичность в целом снижалась, поскольку многие из наиболее нестабильных соединений постепенно выщелачивались и разлагались микроорганизмами. Однако этот процесс не был линейным. Исследование выявило временное усиление биологического воздействия на промежуточных стадиях разложения, что, вероятно, связано с образованием или накоплением вторичных соединений, возникающих при разрушении фильтра.
Через 10 лет уровень токсичности в целом снизился по сравнению с тем, что наблюдался в только что выброшенных окурках. Тем не менее у некоторых подопытных организмов были выявлены измеримые биологические эффекты, что указывает на то, что окурки нельзя считать экологически инертными.
Стойкий загрязнитель окружающей среды
В совокупности полученные данные свидетельствуют о том, что сигаретные фильтры ведут себя совсем не так, как материалы, предназначенные для биоразложения.
Вместо того чтобы исчезнуть в течение нескольких месяцев или лет, они сохраняются в окружающей среде благодаря медленным и сложным процессам трансформации. Со временем они распадаются на фрагменты, взаимодействуют с почвенными минералами и встраиваются в почвенную матрицу, продолжая оказывать заметное воздействие на экологию.
Учитывая огромное количество окурков, выбрасываемых по всему миру каждый год, их стойкость представляет собой серьезную экологическую проблему. Результаты исследования показывают, что даже небольшие предметы мусора могут оказывать долгосрочное воздействие на экосистемы.
Таким образом, понимание того, что происходит с окурками в долгосрочной перспективе, может быть крайне важным для разработки стратегий по снижению их воздействия на окружающую среду и решению проблемы одной из самых распространенных форм загрязнения пластиком.
Пока считается, что электронные сигареты меньше вредят природе. Но проблему с курением они не решают — почему, читайте в тексте.
Об авторе
