Озера как аккумуляторы микропластика на пути с суши в мировой океан: обзор исследований
https://doi.org/10.31857/S0869607121040054
Аннотация
В работе обобщена информация о закономерностях переноса и накопления микропластика в поверхностных водах суши в сравнении их с континентальными морями. Анализируются сведения, опубликованные в зарубежной и отечественной литературе. Представлен сравнительный анализ оригинальных материалов, полученный авторами в процессе исследований в Балтийском море и Онежском озере с применением идентичных методов определения микропластика, проведено сравнение результатов. Особое внимание уделено путям и объемам поступления микропластика в континентальные моря и Мировой океан. Выявлено статистически бóльшее количество микропластика в донных осадках Онежского озера по сравнению с осадками Балтийского моря. Обсуждены возможные причины такого различия. Волокна являются наиболее распространенной формой микропластика в Балтийском море и Онежском озере. В донных осадках волокна аккумулируются преимущественно в зонах осадконакопления с низкой гидродинамической активностью (для Балтийского моря – глубины больше 80 м, для открытой части Онежского озера – больше 40 м, для крупных заливов – 20 м). Наблюдается связь содержания волокон с параметрами донных осадков. Термохалинная структура влияет на вертикальное распределение микропластика в водном столбе, замедляя его осаждение. В озерах аккумулируются преимущественно гидродинамически тяжелые частицы: полимеры с высокой удельной плотностью, фрагменты, гранулы, пленки. Доля волокон в общем пуле микропластика в осадках озера меньше, чем в море. Озера выполняют роль фильтров, очищая поверхностные воды суши по мере их поступления в континентальные моря и Мировой океан от микропластика, становясь при этом их первичным накопителем.
Об авторах
М. Б. ЗобковРоссия
И. П. Чубаренко
Россия
Е. Е. Есюкова
Россия
Н. А. Белкина
Россия
В. В. Ковалевский
Россия
М. В. Зобкова
Россия
Т. А. Ефремова
Россия
Н. Е. Галахина
Россия
Список литературы
1. Ефремова Т.А., Зобкова М.В. Содержание, распределение и соотношение основных компонентов органического вещества в Онежском озере // Труды КарНЦ РАН. 2019. № 9. С. 60– 75. https://doi.org/10.17076/lim1017
2. Кулик Н.В., Белкина Н.А., Ефременко Н.А. Поступление, трансформация и распределение марганца в Онежском озере // Московский экономический журн. 2020. № 1. https://doi.org/10.24411/2413-046Х-2020-10063
3. Лозовик П.А., Кулик Н.В., Ефременко Н.А. Литофильные элементы и тяжелые металлы в Онежском озере: источники поступления, содержание и трансформация // Труды КарНЦ РAH. 2020. № 4. С. 62–74. https://doi.org/10.17076/lim1189
4. Онежское озеро. Атлас / Отв. ред. Н.Н. Филатов. Петрозаводск: КарНЦ, 2010. 151 с.
5. Поздняков Ш.Р., Иванова Е.В. Оценка концентраций частиц микропластика в воде и донных отложениях Ладожского озера // Региональная экология. 2018. № 4. С. 48–52. https://doi.org/10.30694/1026-5600-2018-4-48-52
6. Поздняков Ш.Р., Иванова Е.В., Гузева А.В., Шалунова Е.П., Мартинсон К.Д., Тихонова Д.А. Исследование содержания частиц микропластика в воде, донных отложениях и грунтах прибрежной территории Невской губы Финского залива // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. №4. С. 411–420. https://doi.org/10.31857/S0321059620040148
7. Сабылина А.В. Поступление в Онежское озеро органического углерода, общего фосфора и общего азота с речным стоком и вынос с водами реки Свири в 1965–2008 гг. // Труды КарНЦ РАН. 2016. № 9. С. 68–77. https://doi.org/10.17076/lim307
8. Amaral-Zettler L.A., Zettler E.R., Slikas B., Boyd G.D., Melvin D.W., Morrall C.E., Proskurowski G., Mincer T.J. The biogeography of the Plastisphere: implications for policy // Frontiers in Ecology and the Environment. 2015. V. 13(10). P. 541–546. https://doi.org/10.1016/S0025-326X(01)00114-X
9. Andrady A.L. Microplastics in the marine environment // Mar. Pollut. Bull. 2011. V. 62(8). P. 1596–1605. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2011.05.030
10. Ashton K., Holmes L., Turner A. Association of metals with plastic production pellets in the marine environment // Mar. Pollut. Bull. 2010. V. 60. P. 2050–2055. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2010.07.014
11. Bagaev A., Mizyuk A., Khatmullina L., Isachenko I., Chubarenko I. Anthropogenic fibres in the Baltic Sea water column: Field data, laboratory and numerical testing of their motion // Sci. Total Environ. 2017. V. 599–600. P. 560–571. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.04.185
12. Besseling E., Quik J.T., Sun M., Koelmans A.A. Fate of nano- and microplastic in freshwater systems: A modeling study // Environ. Pollut. 2017. V. 220. P. 540–548. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.10.001
13. Browne M.A., Crump P., Niven S.J., Teuten E., Tonkin A., Galloway T., Thompson R. Accumulation of microplastic on shorelines worldwide: sources and sinks // Environ SciTechnol. 2011. V. 45. P. 9175–9179. https://doi.org/10.1021/es201811s
14. Cai L., Hu L., Shi H., Ye J., Zhang Y., Kim H. Effects of inorganic ions and natural organic matter on the aggregation of nanoplastics // Chemosphere. 2018. V. 197. P. 142–151. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.01.052
15. Carson H.S., Lamson M.R., Nakashima D., Toloumu D., Hafner J., Maximenko N., McDermid K.J. Tracking the sources and sinks of local marine debris in Hawai // Mar. Environ. Res. 2013. V. 84. P. 76–83. https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2012.12.002
16. Castañeda R.A., Avlijas S., Simard M.A., Ricciardi A. Microplastic pollution in St. Lawrence river sediments // Canadian J. Fisheries and Aquatic Sciences. 2014. V. 71(12). P. 1767–1771. https://doi.org/10.1139/cjfas-2014-0281
17. Chen W., Ouyang Z.Y., Qian C., Yu H.Q. Induced structural changes of humic acid by exposure of polystyrene microplastics: A spectroscopic insight // Environ. Pollut. 2018. V. 233. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.10.027
18. Chubarenko I., Bagaev A., Zobkov M., Esiukova E. On some physical and dynamical properties of microplastic particles in marine environment // Mar. Pollut. Bull. 2016. V. 108. P. 105–112. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.04.048
19. Cole M., Webb H., Lindeque P.K., Fileman E.S., Halsband C., Galloway T.S. Isolation of microplastics in biota-rich seawater samples and marine organisms // Sci. Rep. 2014. V. 4. P. 4528. https://doi.org/10.1038/srep04528
20. Dris R., Imhof H., Sanchez W., Gasperi J., Galgani F., Tassin B., Laforsch C. Beyond the ocean: contamination of freshwater ecosystems with (micro-) plastic particles // Environ. Chem. 2015. V. 2(5). P. 539–550. https://doi.org/10.1071/EN14172
21. Eerkes-Medrano D., Thompson R.C., Aldridge D.C. Microplastics in freshwater systems: a review of the emerging threats, identification of knowledge gaps and prioritisation of research needs // Water research. 2015. V. 75. P. 63–82. https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.02.012
22. Endo S., Takizawa R., Okuda K., Takada H., Chiba K., Kanehiro H., Ogi H., Yamashita R., Date T. Concentration of polychlorinated biphenyls (PCBs) in beached resin pellets: variability among individual particles and regional differences // Mar. Pollut. Bull. 2005. V. 50(10). P. 1103–1114. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2005.04.030
23. Esiukova E. Plastic pollution on the Baltic beaches of Kaliningrad region, Russia // Mar. Pollut. Bull. 2017. V. 114(2). P. 1072–1080. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.10.001
24. Esiukova E., Zobkov M., Chubarenko I. Data on microplastic contamination of the Baltic Sea bottom sediment samples in 2015–2016 // Data in brief. 2020. V. 28. P. 104887. https://doi.org/10.1016/j.dib.2019.104887
25. Fendall L.S., Sewell M.A. Contributing to marine pollution by washing your face: Microplastic in facial cleansers // Mar. Pollut. Bull. 2009. V. 58. P. 1255–1258. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2009.04.025
26. Free C.M., Jensen O.P., Mason S.A., Eriksen M., Williamson N.J., Boldgiv B. High-levels of microplastic pollution in a large, remote, mountain lake // Mar. Pollut. Bull. 2014. V. 85(1). P. 156–163. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2014.06.001
27. Frias J.P.G.L., Sobral P., Ferreira A.M. Organic pollutants in microplastics from two beaches of the Portuguese coast // Mar. Pollut. Bull. 2010. V. 60(11). P. 1988–1992. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2010.07.030
28. GESAMP Joint Group of Experts on the Scientific Aspects of Marine Environmental Protection): Proceedings of the GESAMP international workshop on micro-plastic particles as a vector in transporting persistent, bio-accumulating and toxic substances in the oceans // GESAMP Reports & Studies. T. Bowmer, P. Kershaw (eds.). Paris: UNESCO-IOC, 2010. 68 p. https://www.marinelittersolutions.com/wp-content/uploads/2016/03/GESAMP_Workshop_on_Microplastics.pdf
29. Geyer R., Jambeck J.R., Law K.L. Production, use, and fate of all plastics ever made // Sci. Adv. 2017. V. 3(7). P. e1700782. https://doi.org/10.1126/sciadv.1700782
30. Hidalgo-Ruz V., Gutow L., Thompson R.C., Thiel M. Microplastics in the marine environment: a review of the methods used for identification and quantification // Environ. Sci. Technol. 2012. V. 46(6). P. 3060–3075. https://doi.org/10.1021/es2031505
31. Hitchcock J.N., Mitrovic S.M. Microplastic pollution in estuaries across a gradient of human impact // Environ. Pollut. 2019. V. 247. P. 457–466. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.01.069
32. Horton A.A., Walton A., Spurgeon D.J., Lahive E., Svendsen C. Microplastics in freshwater and terrestrial environments: evaluating the current understanding to identify the knowledge gaps and future research priorities // Sci. Total Environ. 2017. V. 586. P. 127–141. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.01.190
33. ISO-TR-21960-2020. Plastics – Environmental aspects – State of knowledge and methodologies.
34. Ivar do Sul J.A.I., Costa M.F. Marine debris review for Latin America and the wider Caribbean region: from the 1970s until now, and where do we go from here? // Mar. Pollut. Bull. 2007. V. 54(8). P. 1087–1104. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2007.05.004
35. Jambeck J., Geyer R., Wilcox C., Siegler T.R., Perryman M., Andrady A.L., Narayan R., Law K.L. Plastic waste inputs from land into the ocean // Science. 2015. V. 347. P. 768–771. https://doi.org/10.1126/science.1260352
36. Karapanagioti H.K., Klontza I. Testing phenanthrene distribution properties of virgin plastic pellets and plastic eroded pellets found on Lesvos island beaches (Greece) // Mar. Environ. Res. 2008. V. 5(4). P. 283–290. https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2007.11.005
37. Kasyanenko T., Filimonov O. Recycling polyethylene terephthalate (PET) packaging as the basis of economic projects and solution of social and environmental problems in Russia // J. Modern Accounting and Auditing. 2013. V. 9(8). P. 1093.
38. Khatmullina L., Isachenko I. Settling velocity of microplastic particles of regular shapes // Mar. Pollut. Bull. 2017. V. 114(2). P. 871–880. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.11.024
39. Klein S., Worch E., Knepper T.P. Occurrence and spatial distribution of microplastics in river shore sediments of the Rhine-Main area in Germany // Environ. Sci. Technol. 2015. V. 49(10). P. 6070– 6076. https://doi.org/10.1021/acs.est.5b00492
40. Lattin G.L., Moore C.J., Zellers A.F., Moore S.L., Weisberg S.B. A comparison of neustonic plastic and zooplankton at different depths near the southern California shore // Mar. Pollut. Bull. 2004. V. 49(4). P. 291–294. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2004.01.020
41. Law K.L., Thompson R.C. Microplastics in the seas // Science. 2014. V. 345(6193). P. 144–145. https://doi.org/10.1126/science.1254065
42. Lebreton L.C., Van Der Zwet J., Damsteeg J.W., Slat B., Andrady A., Reisser J. River plastic emissions to the world’s oceans // Nat. commun. 2017. V. 8. P. 15611. https://doi.org/10.1038/ncomms15611
43. Lechner A., Keckeis H., Lumesberger-Loisl F., Zens B., Krusch R., Tritthart M., Glas M., Schludermann E. The Danube so colourful: a potpourri of plastic litter outnumbers fish larvae in Europe’s second largest river // Environ. Pollut. 2014. V. 188. P. 177–181. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2014.02.006
44. Leiser R., Wu G.M., Neu T.R., Wendt-Potthoff K. Biofouling, metal sorption and aggregation are related to sinking of microplastics in a stratified reservoir // Water Research. 2020. P. 115748. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.115748
45. Lenaker P.L., Corsi S.R., Mason S.A. Spatial Distribution of Microplastics in Surficial Benthic Sediment of Lake Michigan and Lake Erie // Environ. Sci. Technol. December 2020. P. A−L. https://doi.org/10.1021/acs.est.0c06087
46. Mai L., Bao L.J., Shi L., Wong C.S., Zeng E.Y. A review of methods for measuring microplastics in aquatic environments // Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. V. 25(12). P. 11319–11332. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1692-0
47. Masura J., Baker J.E., Foster G.D., Arthur C., Herring C. Laboratory methods for the analysis of microplastics in the marine environment: recommendations for quantifying synthetic particles in waters and sediments. 2015. https://marinedebris.noaa.gov/sites/default/files/publicationsfiles/noaa_microplastics_methods_manual.pdf
48. Moore C.J. Synthetic polymers in the marine environment: a rapidly increasing, long-term threat // Environ. Res. 2008. V. 108(2). P. 131–139. https://doi.org/10.1016/j.envres.2008.07.025
49. Moore C.J., Lattin G.L., Zellers A.F. Quantity and type of plastic debris flowing from two urban rivers to coastal waters and beaches of Southern California // Revista de Gestão Costeira Integrada- J. Integrated Coastal Zone Management. 2011. V. 11(1). P. 65–73. https://www.redalyc.org/pdf/3883/388340132008.pdf
50. Moore C.J., Moore S.L., Leecaster M.K., Weisberg S.B. A comparison of plastic and plankton in the North Pacific central gyre // Mar. Pollut. Bull. 2001. V. 42(12). P. 1297–1300. https://doi.org/10.1016/S0025-326X(01)00114-X
51. Moore C.J., Moore S.L., Weisberg S.B., Lattin G.L., Zellers A.F. A comparison of neustonic plastic and zooplankton abundance in southern California’s coastal waters // Mar. Pollut. Bull. 2002. V. 44(10). P. 1035–1038. https://doi.org/10.1016/S0025-326X(02)00150-9
52. Nizzetto L., Bussi G., Futter M.N., Butterfield D., Whitehead P.G. A theoretical assessment of microplastic transport in river catchments and their retention by soils and river sediments // Environ. Sci.: Processes Impacts. 2016. V. 18(8). P. 1050–1059. https://doi.org/10.1039/C6EM00206D
53. Nor N.H.M., Obbard J.P. Microplastics in Singapore’s coastal mangrove ecosystems // Mar. Pollut. Bull. 2014. V. 79(1–2). P. 278–283. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2013.11.025
54. Nuelle M.T., Dekiff J.H., Remy D., Fries E. A new analytical approach for monitoring microplastics in marine sediments // Environ. Pollut. 2014. V. 184. P. 161–169. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.07.027
55. Obbard R.W., Sadri S., Wong Y.Q., Khitun A.A., Baker I., Thompson R.C. Global warming releases microplastic legacy frozen in Arctic Sea ice // Earth’s Future. 2014. V. 2(6). P. 315–320. https://doi.org/10.1002/2014EF000240
56. Oriekhova O., Stoll S. Heteroaggregation of nanoplastic particles in the presence of inorganic colloids and natural organic matter // Environ. Sci.: Nano. 2018. V. 5(3). P. 792–799. https://doi.org/10.1039/C7EN01119A
57. Plastics Europe. Plastics – the Facts 2017. https://www.plasticseurope.org/application/files/5715/1717/4180/Plastics_the_facts_2017_FINAL_for_website_one_page.pdf
58. Rillig M.C. Microplastic in terrestrial ecosystems and the soil? // Environ. Sci. Technol. 2012. V. 46. P. 6453–6454. https://doi.org/10.1021/es302011r
59. Scheurer M., Bigalke M. Microplastics in Swiss floodplain soils // Environ. Sci. Technol. 2018. Vol. 52(6). P. 3591–3598. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b06003
60. Sutton R., Mason S.A., Stanek S.K., Willis-Norton E., Wren I.F., Box C. Microplastic contamination in the San Francisco Bay, California, USA // Mar. Pollut. Bull. 2016. V. 109(1). P. 230–235. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.05.077
61. Syberg K., Khan F.R., Selck H., Palmqvist A., Banta G.T., Daley J., Sano L., Duhaime M.B. Microplastics: addressing ecological risk through lessons learned // Environ. Toxicol. Chem. 2015. V. 34(5). P. 945–953. https://doi.org/10.1002/etc.2914
62. Thompson R.C., Olsen Y., Mitchell R.P., Davis A., Rowland S.J., John A.W., McGonigle D., Russell A.E. Lost at sea: where is all the plastic? // Science (Washington). 2004. V. 304(5672). P. 838. https://www.researchgate.net/profile/Steven_Rowland/publication/8575062_Lost_at_Sea_Where_Is_All_the_Plastic/links/0fcfd51001f3893f44000000/Lost-at-Sea-Where-Is-All-the-Plastic.pdf
63. UNEP. Plastic in Cosmetics. 2015. 33 p. https://wedocs.unep.org/bitstream/handle/20.500.11822/21754/PlasticinCosmetics2015Factsheet.pdf?sequence=1&isAllowed=y
64. Van Cauwenberghe L., Vanreusel A., Mees J., Janssen C.R. Microplastic pollution in deep-sea sediments // Environ. Pollut. 2013. V. 182. P. 495–499. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.08.013
65. Veerasingam S., Mugilarasan M., Venkatachalapathy R., Vethamony P. Influence of 2015 flood on the distribution and occurrence of microplastic pellets along the Chennai coast, India // Mar. Pollut. Bull. 2016. V. 109(1). P. 196–204. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.05.082
66. Wagner M., Scherer C., Alvarez-Muñoz D., Brennholt N., Bourrain X., Buchinger S., Fries E., Grosbois C., Klasmeier J., Marti T., Rodriguez-Mozaz S., Urbatzka R., Vethaak D., Winther-Nielsen M., Reifferscheid G. Microplastics in freshwater ecosystems: what we know and what we need to know // Environ. Sci. Europe. 2014. V. 26(1). P. 1–9. https://doi.org/10.1186/s12302-014-0012-7
67. Weinstein J.E., Crocker B.K., Gray A.D. From macroplastic to microplastic: degradation of highdensity polyethylene, polypropylene, and polystyrene in a salt marsh habitat // Environ. Toxicol. Chem.. 2016. V. 35(7). P. 1632–1640. https://doi.org/10.1002/etc.3432
68. Woodall L.C., Sanchez-Vidal A., Canals M., Paterson G.L., Coppock R., Sleight V., Calafat A., Rogers A.D., Narayanaswamy B.E., Thompson R.C. The deep sea is a major sink for microplastic debris // R. Soc. Open Sci. 2014. V. 1(4). P. 140317. https://doi.org/10.1098/rsos.140317
69. Wright S.L., Thompson R.C., Galloway T.S. The physical impacts of microplastics on marine organisms: a review // Environ. Pollut. 2013. V. 178. P. 483–492. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.02.031
70. Yonkos L.T., Friedel E.A., Perez-Reyes A.C., Ghosal S., Arthur C.D. Microplastics in four estuarine rivers in the Chesapeake Bay, USA // Environ. Sci. Technol. 2014. V. 48(24). P. 14195–14202. https://doi.org/10.1021/es5036317
71. Zhang H. Transport of microplastics in coastal seas // Estuarine, Coastal Shelf Sci. 2017. V. 199. P. 4–86. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2017.09.032
72. Zobkov M., Belkina N., Kovalevski V., Zobkova M., Efremova T., Galakhina N. Microplastic abundance and accumulation behavior in Lake Onego sediments: a journey from the river mouth to pelagic waters of the large boreal lake // J. Environ. Chem. Eng. 2020. V. 8(5). P. 104367. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104367
73. Zobkov M., Esiukova E. Microplastics in Baltic bottom sediments: quantification procedures and first results // Mar. Pollut. Bull. 2017. V. 114(2). P. 724–732. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.10.060
74. Zobkov M., Zobkova M., Galakhina N., Efremova T. Method for microplastics extraction from Lake sediments // MethodsX. 2020. V. 7. P. 101140. https://doi.org/10.1016/j.mex.2020.101140
75. Zobkov M.B., Esiukova E.E. Microplastics in a Marine Environment: Review of Methods for Sampling, Processing, and Analyzing Microplastics in Water, Bottom Sediments, and Coastal Deposits // Oceanology. 2018. V. 58. P. 137–143. https://doi.org/10.1134/S0001437017060169
76. Zobkov M.B., Esiukova E.E., Zyubin A.Y., Samusev I.G. Microplastic content variation in water column: The observations employing a novel sampling tool in stratified Baltic Sea // Mar. Pollut. Bull. 2019. V. 138. P. 193–205. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2018.11.047
Рецензия
Для цитирования:
Зобков М.Б., Чубаренко И.П., Есюкова Е.Е., Белкина Н.А., Ковалевский В.В., Зобкова М.В., Ефремова Т.А., Галахина Н.Е. Озера как аккумуляторы микропластика на пути с суши в мировой океан: обзор исследований. Известия Русского географического общества. 2021;153(4):68-86. https://doi.org/10.31857/S0869607121040054
For citation:
Zobkov M.B., Chubarenko I.P., Esiukova E.E., Belkina N.A., Kovalevski V.V., Zobkova M.V., Efremova T.A., Galakhina N.E. Lakes as Accumulators of Microplastics on the Way from Land to the World Ocean: Review. Proceedings of the Russian Geographical Society. 2021;153(4):68-86. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0869607121040054