Почва Антарктиды скрывала частицы, которые никто не искал

Долины Мак-Мердо — одно из самых безжизненных и изолированных мест на планете. Огромный регион, свободный ото льда, где почти не бывает людей, а ветер и холод, казалось бы, хранят его от грязи цивилизации. Но в январе 2023 года международная группа учёных во главе с Ланкастерским университетом взяла там пробы почвы и обнаружила то, чего раньше не замечали: нанопластик.

Частицы размером от 20 нанометров до микрометра проникли и в поверхностный слой, и в грунт на глубине более 20 сантиметров. Это первое обнаружение нанопластика в почве материковой Антарктиды. До сих пор пластиковое загрязнение фиксировали в морской воде, снеге, ледниках, морском льду и пресных водоёмах континента. Теперь к списку добавилась земля. До этого пластиковое загрязнение в Антарктиде фиксировали в морской воде, снеге, ледниках, морском льду и пресных водоёмах, а также в организмах её обитателей — например, у берегов Антарктиды косатки синхронно создают волны, чтобы смыть тюленей, и теперь возникает вопрос, не попадают ли частицы пластика в пищевую цепь через таких хищников.

«Эти данные показывают, что даже одна из самых нетронутых сред на Земле не защищена от пластикового загрязнения, — говорит ведущий автор работы доктор Нху Фан, проводившая исследование как PhD-студентка в Ланкастере. — Они подчёркивают острую необходимость изучать судьбу, перенос и экологические последствия пластика в полярных регионах».

Шесть видов пластика в безлюдной долине

Пробы брали в долинах Тейлора и Райта — крупнейшей свободной ото льда области Антарктиды. Удалённость от побережья и минимум человеческой активности делают эти места идеальной лабораторией для вопроса: может ли загрязнение переноситься по воздуху на огромные расстояния?

Нанопластик обнаружили в 54% из 13 участков поверхностной почвы. Медианная концентрация составила 26,6 нанограмма на грамм, а максимальная — 295 нанограмм на грамм. В четырёх пробах из глубины ниже 20 сантиметров частицы нашлись в половине случаев, но в гораздо меньших количествах: медиана 1,95 нанограмма на грамм, хотя один образец показал 223,8.

Всего идентифицировали шесть типов пластика: полипропилен, полиэтилен, полиэтилентерефталат, полистирол, поливинилхлорид и частицы износа шин. Полипропилен составил 40% всей массы нанопластика, за ним следовали частицы шин (28%) и полиэтилен (15%).

Любопытно, что более крупный микропластик почти не встретился. Лишь в одном из 17 образцов его количество превысило порог обнаружения метода: 11,4 частицы на грамм при размере от 10 микрометров и 4,7 частицы — от 20 микрометров.

Метод, который расслышал тишину

Обнаружить столь малые частицы в антарктической почве — задача на грани возможного. Стандартные методики часто пропускают нанопластик. Здесь применили новый аналитический подход — термодесорбционную масс-спектрометрию с переносом протона. Образец нагревают, и прибор улавливает химические сигналы пластиковых паров на крайне низких концентрациях.

К этому добавили оригинальный протокол экстракции из почвы. Вместе методы позволили детектировать нанопластик на уровне нанограммов, где загрязнение легко спутать с фоновым шумом или лабораторными помехами.

Впрочем, измерения остаются полуколичественными. Цифры отражают лишь те частицы, которые удалось извлечь, термически высвободить и ионизировать в приборе, — не всё, что изначально содержалось в грунте. Полнота извлечения не была стопроцентной, а погрешность метода составляет около 30%. Поэтому авторы называют полученные значения консервативной оценкой: реальное содержание может быть выше.

Откуда взялся пластик — пока неясно. Возможные источники: местная исследовательская деятельность, дальний атмосферный перенос или высвобождение частиц из снега, льда и прибрежных зон. Результаты закладывают основу для будущих исследований того, как пластиковое загрязнение способно повлиять на медленно растущую и уязвимую почвенную жизнь Антарктиды.

Как крошечные частицы попали в самое изолированное место планеты

Цифры, которые приводит команда, скорее всего, занижены. Метод пиролитической газовой хроматографии с масс-спектрометрией (Py-GC-MS) улавливал частицы размером менее микрона, но нижний порог обнаружения для разных полимеров колебался от 0,025 до 0,1 мкг на грамм почвы. Это значит, что реальные концентрации могут быть выше — просто прибор не видел всё, что есть. С микропластиком ситуация ещё более размытая: эффективность извлечения оценили всего в 23%, флуоресцентная микроскопия не позволяла определить химический состав, а частицы от 1 до 10 микрометров вообще выпали из анализа.

Но даже с такими ограничениями картина получилась пёстрой. Под микроскопом, после окрашивания нильским красным, пластиковые фрагменты светились зелёным — и морфологически они оказались очень разными. Волокна, обломки, плёнки — словно мусор прибыл сюда не одним путём и не из одного источника.

Откуда ветер приносит пластик

Авторы работы не стали гадать на кофейной гуще и сразу признали: единственного виновника назвать нельзя. Пластик мог осесть из воздуха, приехать на одежде и технике исследователей, вытечь со сточными водами станций или подняться из старых свалок, разбросанных по побережью. Ближайшие базы — американская Мак-Мердо и новозеландская Скотт — находятся примерно в 100–120 километрах от мест отбора проб. Достаточно близко, чтобы местная деятельность оставляла след.

Но есть и другой, куда более тревожный сценарий — дальний атмосферный перенос. Чтобы проверить эту гипотезу, учёные запустили модель рассеивания частиц FLEXPART и проследили, откуда мог прийти воздух за три года до отбора проб. Результат оказался сезонным: антарктическим летом вероятные источники почти не выходили за пределы континента, а вот с марта по октябрь картина резко менялась. В эти месяцы модель указывала на Южный океан, Новую Зеландию и южную оконечность Южной Америки как на возможные регионы-доноры.

Это не доказательство, а скорее указание на вероятные маршруты. Наночастицы могли путешествовать напрямую через атмосферу, оседать на снег и лёд зимой, а затем, при таянии, просачиваться в почву. А могли — уже после осаждения — снова подниматься в воздух с порывами ветра и перераспределяться по долинам. «Наши находки заставляют задуматься о глобальном охвате пластикового загрязнения, — комментирует профессор Криспин Холсолл из Ланкастерского университета, соавтор исследования. — Пока неясно, возникли ли сверхмалые частицы нанопластика в результате прямого дальнего атмосферного переноса или же из-за разрушения более крупного пластикового мусора, обнаруженного в морских районах вдоль побережья Антарктиды».

Хрупкая экосистема и открытые вопросы

Сухие долины Мак-Мердо — не просто безжизненная пустыня, какой она кажется на первый взгляд. В почве здесь живут бактерии, цианобактерии, грибы и другие микробные сообщества. Местные беспозвоночные растут медленно, обмен веществ у них неторопливый, а способность к детоксикации ограничена. Такие особенности делают полярные организмы особенно уязвимыми перед химическим стрессом. А нанопластик, с его огромной площадью поверхности относительно размера, вдобавок подвижен и способен тащить на себе добавки или другие загрязнители — получается не просто инертный мусор, а потенциальный переносчик токсинов.

Прямых доказательств вреда эта работа не даёт — она и не ставила такой цели. Её задача скромнее, но фундаментальнее: установить, с какими концентрациями и типами полимеров антарктические организмы вообще могут столкнуться. Раньше токсикологические исследования опирались на предположения, теперь у них появилась точка отсчёта. Впрочем, неопределённостей хватает. Выборка скромная: лишь на трёх участках удалось сравнить поверхностный слой с более глубоким, а концентрации между точками скакали так сильно, что разница между долинами Тейлора и Райта не дотянула до статистической значимости. Любопытная деталь: места, где находили более крупный микропластик, не совпадали с точками обнаружения нанопластика. Возможно, у них разные источники или пути доставки, но при столь неравномерном распределении и сверхнизких концентрациях делать уверенные выводы рано.

Зачем нужны эти цифры

Практическая ценность исследования выходит за рамки академического любопытства. Впервые получены количественные данные, с которыми можно отслеживать, как пластиковое загрязнение меняется в наземных средах Антарктиды со временем. Будущие эксперименты по воздействию на почвенные организмы и пищевые цепи теперь смогут опираться не на абстрактные дозы, а на реально измеренные смеси полимеров и концентрации. Чтобы отделить местное загрязнение от материала, принесённого через океаны и континенты, понадобятся регулярные пробы воздуха, снега, льда и почвы — и более мощные транспортные модели. А пока источник не определён однозначно, профилактика должна бить по обеим мишеням: ужесточать обращение с отходами на антарктических станциях и сокращать выбросы пластика в глобальном масштабе.

Впервые в истории учёные обнаружили нанопластик в почве Антарктиды — континента, который принято считать последним нетронутым уголком планеты. Шесть видов пластиковых частиц размером меньше микрометра нашли в долинах Мак-Мердо, одном из самых суровых и изолированных мест на Земле. Это открытие заставляет по-новому взглянуть на масштабы пластикового загрязнения и пути его распространения.

Долины Мак-Мердо — полярная пустыня, где почти не бывает осадков, а ветры достигают ураганной силы. Долгое время считалось, что столь удалённые районы защищены от антропогенного мусора. Но реальность оказалась иной: крошечные обломки пластика проникли даже сюда.

Исследователи из Ланкастерского университета проанализировали образцы грунта из долин Тейлор и Райт. С помощью метода термической десорбции — пиролиза — масс-спектрометрии (TD-PTR-MS) они выявили частицы полиэтилена, полипропилена и ещё четырёх полимеров. Среди них — фрагменты автомобильных шин, которые, по всей видимости, проделали огромный путь по воздуху, прежде чем осесть в антарктической почве.

Как именно пластик попадает в Антарктиду? Учёные склоняются к версии атмосферного переноса. Мельчайшие частицы поднимаются ветром с поверхности океанов или континентов, путешествуют на тысячи километров и выпадают с осадками или просто оседают. Масштабы такого «воздушного пластикового цикла» ещё предстоит оценить, но уже ясно: он гораздо шире, чем предполагалось.

Открытие ставит острые вопросы о влиянии нанопластика на полярные экосистемы. Долины Мак-Мердо — дом для уникальных микробных сообществ, которые существуют в экстремальных условиях. Как отреагируют эти организмы на появление чужеродных частиц? Пока ответов нет, но тревога растёт: нанопластик способен проникать в клетки, переносить токсины и нарушать тонкие биохимические процессы.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports. Оригинальная статья «Scientists discover six types of nanoplastics polluting Antarctica's soil for the first time» вышла в издании The Brighter Side of News. Автор — Ребекка Шавит, научный журналист из Лос-Анджелеса, специализирующаяся на позитивных и преобразующих историях.

Это открытие вписывается в череду тревожных новостей об Антарктиде. Ранее учёные выяснили, почему континент превратился в ледяной мир за миллионы лет до Арктики, и предупредили о растущей угрозе тёплых вод для шельфовых ледников. Есть и проблеск надежды: потери ледяного щита могут компенсироваться, если климатические циклы повторят прошлые сценарии. Но пластиковое загрязнение добавляет новый фактор неопределённости в судьбу самого холодного материка.