Большинство микропластичных частиц в окружающей среде происходят из более крупных кусков пластика. В ходе долгосрочного исследования междисциплинарная исследовательская группа из Университета Байройта смоделировала, как быстро пластик распадается на фрагменты под воздействием природных факторов. Высокотехнологичные лабораторные испытания полистирола показывают две фазы абиотической деградации. Начнем с того, что стабильность пластика ослабляется фотоокислением. Затем образуются трещины, и все больше и больше мелких фрагментов выбрасывается в окружающую среду. Исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology, позволяет сделать выводы о других пластмассах, распространенных в окружающей среде.

Полистирол-это недорогой пластик, который часто используется для упаковки и теплоизоляции и поэтому особенно часто встречается в пластиковых отходах. В рамках своего долгосрочного исследования исследователи из Байройта впервые объединили аналитические исследования, которые также проводились на частицах полистирола на атомном уровне, с измерениями, определяющими поведение этих частиц при механическом напряжении. На основе этого они разработали модель абиотической деградации, то есть деградации без влияния живых организмов.

"Наше исследование показывает, что одна микропластичная частица диаметром 160 микрометров высвобождает около 500 частиц порядка 20 микрометров—то есть 0,02 миллиметра—в течение полутора лет воздействия естественных процессов выветривания в окружающей среде. Со временем эти частицы, в свою очередь, распадаются на все более мелкие фрагменты. Вокруг этих крошечных частиц может образоваться экокорона, которая, возможно, облегчит проникновение в клетки живых организмов. Это было обнаружено несколько месяцев назад другой исследовательской группой Байройта", - говорит первый автор Нора Мейдес, докторант по макромолекулярной химии в Университете Байройта.

В воде микропластичные частицы подвергались воздействию двух стрессовых факторов: интенсивного солнечного света и непрерывного механического напряжения, вызванного перемешиванием. В реальной среде солнечный свет и механическое напряжение на самом деле являются двумя основными абиотическими факторами, которые способствуют постепенной фрагментации частиц. Облучение солнечным светом запускает процессы окисления на поверхности частиц. Это фотоокисление в сочетании с механическим напряжением имеет значительные последствия. Полистирольные цепи становятся все короче. Кроме того, они становятся все более полярными, т. е. в молекулах образуются центры заряда. Во второй фазе микропластичные частицы начинают дробиться. Здесь частицы распадаются на все более мелкие фрагменты. Из одной частицы размером 160 микрометров создается 500 дочерних частиц диаметром менее 20 микрометров. В ходе этого процесса образуются дополнительные нанопластические частицы.

"Результаты наших исследований являются ценной основой для более детального изучения абиотической деградации макро - и микропластиков в окружающей среде—как на суше, так и на поверхности воды—на примере других видов пластика. Мы сами были удивлены скоростью фрагментации, что еще раз показывает потенциальные риски, которые могут возникнуть в результате растущего бремени пластмасс для окружающей среды. Особенно крупные объекты из пластиковых отходов—при воздействии солнечного света и истирании—являются резервуаром постоянного ввода микропластика. Именно эти крошечные частицы, едва видимые невооруженным глазом, распространяются в самые отдаленные экосистемы по различным транспортным маршрутам", - говорит Тереза Менцель, аспирантка в области полимерной инженерии.

"Полистирол, исследованный в нашем долгосрочном исследовании, имеет основу из углеродной цепи, как полиэтилен и полипропилен. Очень вероятно, что двухфазная модель, которую мы разработали на полистироле, может быть перенесена на эти пластмассы",-добавляет ведущий автор профессор д-р Юрген Сенкер, профессор неорганической химии, который координировал исследовательскую работу.

Исследование, которое в настоящее время опубликовано, является результатом тесного междисциплинарного сотрудничества рабочей группы, принадлежащей к Совместному исследовательскому центру DFG "Микропластика" в Университете Байройта. В этой команде ученые из макромолекулярной химии, неорганической химии, инженерных наук и экологии животных совместно исследуют образование и деградацию микропластиков. Для этой цели в университетском городке Байройта доступны многочисленные виды исследовательских технологий, которые использовались в долгосрочном исследовании: среди прочего, ЯМР-спектроскопия 13C-MAS, энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX), сканирующая электронная микроскопия (SEM) и хроматография с проникновением геля (GPC).

ИСТОЧНИК