Определение загрязнения микропластиком пресного водоема

XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Определение загрязнения микропластиком пресного водоема

Байрамкулова А.А. 1
1МБОУ СОШ №4
Дворядкина В.Н. 1
1МБОУ СОШ №4
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Пластиковое загрязнение – один из главных вызовов современности. Распространение микропластика в водоемах - одна из наиболее актуальных проблем современности. Проблема микропластика заключается в том, что он не исчезает из окружающей среды. Пластику для полного разложения требуется очень много времени – сотни лет. Более того, крупные пластиковые объекты, попадая в водную среду, «распадаются» на мелкие частицы под воздействием волн и ультрафиолетовых лучей. Таким частицам размером менее 5 мм учёные дали специальное название — микропластик. За этот длительный период частицы разных размеров могут причинить вред различным организмам». Микропластик представляет опасность не только для животных, птиц и рыб, но и для всей экосистемы водоемов [2]. Одной из особенностей микропластика является то, что он может оказаться более опасным, чем крупные куски пластика, так как его размер позволяет легко проникать в клетки организмов и накапливаться в их тканях. [2].С каждым годом уровень загрязнения водных ресурсов микропластиком увеличивается, что создает серьезные угрозы для окружающей среды и здоровья человека. Поэтому изучение данной проблемы становится необходимым для разработки эффективных мер по снижению уровня загрязнения и сохранения экосистем пресных водоемов.

Микропластик засоряет водоемы и это глобальная проблема, которая в дальнейшем, если не предпринять меры может превратиться в катастрофу. В этом актуальность нашей работы.

Проблема: наличие микропластика в пресных водоемах с каждым годом увеличивается, что может негативно сказаться на экосистеме и здоровье человека.

Цель работы: доказать загрязнение микропластиком воды и донных отложений р. Сухой Ручей и сельского пруда.

Задачи:

  1. Изучить и проанализировать литературу и источники по теме

  2. Провести выборочные обследования пресного водоема

  3. Выявить проблемные зоны с повышенным уровнем загрязнения

  4. Провести качественное определение первичного микроплстика в воде и донных отложениях.

Объект исследования: микропластик в донных отложениях р. Сухой Ручей и сельского пруда.

Предмет исследования: загрязнение микропластиком пресного водоёма.

Гипотеза: так как пластику для полного разложения требуется очень много времени, то за этот длительный период, образовавшийся микропластик, будет накапливаться в водоёме ,загрязняя его, и представлять угрозу для окружающей среды.

Данное исследование реализовано с использованием теоретических и практических методов.

1 Теоретические методы - изучение и анализ литературных источников по теме исследования.

2. Практические методы (полевой и лабораторный, микроскопический анализ).

Процесс анализа проб различного состава несколько различается в разных методиках, но обязательно включает в себя следующие стадии: просеивание, сушка, жидкое окисление в перекиси водорода, плотностное разделение (флотация) и визуальная сортировка с помощью микроскопа. Нами была выбрана самая простая методика, предложенная в методическом пособии Зобкова М.Б. и Есюковой Е.Е.[1], так же в своем исследовании мы опирались на работу «Наблюдение рек. Пособие для общественного экологического мониторинга (Приложение 9 «Методика исследований загрязнения водных объектов микропластиком»)[2].

Для сбора проб воды была изготовлена фильтровальная установка, которая состояла из нейлонового фильтра с диаметром ячеи 50-100 мкм(квадрат размером на 5-10 см больше, чем диаметр фильтрующего сита)[2]. Фильтрующая основа устанавливалась на ведро в следующем порядке: нейлоновый фильтр, затем металлическое сито с диаметром ячеек 0, 3 мм. Отбор проб воды проводился с мостика, отбор донных отложений у берега. Фильтрование воды проводили в каждой точке до полного забивания фильтра (при объеме профильтрованной воды в объеме8, 5 -9 л). Проба для определения содержания микропластика представляет собой все частицы, оставшиеся на фильтрующей основе. В тот же день просматривали фильтры с помощью цифрового микроскопа при увеличении 60-1000 крат[2].

Отобранные донные пробы представляли собой песчано-илистую смесь. Сырую исходную пробу массой 400г оставляли до полного высыхания. Далее проводили просеивание через два сита. Первое сито имело диаметр ячейки 5 мм, а второе 0,3 мм. Оставшиеся на сите диаметром ячейки 0,3мм фрагменты подвергали плотностному разделению в растворе ZnCl2, затем окислению перекисью водорода и фильтрованию через бумажный фильтр (белая лента). Фильтры рассматривали с помощью цифрового микроскопа[1].

Такой отбор и анализ проб не требует дорогостоящего и редкого
оборудования и вполне подходит для визуального определения наличия частиц микропластика. Конечно, достоверный анализ таким образом провести невозможно, но для нашей цели– выявление частиц микропластика в водоеме, использование этой методики вполне оправдано

Новизна работы заключается в том, что впервые на основе полевых и лабораторных исследований выявлено загрязнение микропластиком воды и донных отложений реки Сухой Ручей и местного пруда, испытывающих воздействие поверхностных стоков с урбанизированной территории.

Степень разработанности проблемы.

На сегодняшний день проблему загрязнения водных экосистем частицами микропластика без преувеличения можно назвать одной из самых актуальных, что подтверждается огромным количеством исследований по оценке его распространенности и токсичности, а также разработкой законодательных актов (например, в Китае, США, Японии, Европейском союзе, Великобритании и других странах), направленных на снижение загрязнения Мирового океана микропластиком..В ряде работ зарубежных исследователей показаны механизмы образования и попадания микропластика как в морскую, так и пресную воду. Имеются исследования, подтверждающие наличие микропластика в воде морей и рек Российской Федерации. В частности в работе Экологи: «Концентрация микропластика в Волге». Исследования по обнаружению микропластика в тканях водных организмов немногочисленны. По данным зарубежных авторов, микропластик способен поглощаться моллюсками, морскими звездами, актиниями, крабами и др. Отечественными исследователями подтверждено присутствие значительного количества микропластика в пищеварительном тракте ельца, выловленного из р. Томи. В ряде зарубежных исследований выявлено воздействие микропластика на репродуктивность, пищевое поведение, а также на снижение выживаемости у ракообразных и рыб.

Личный вклад автора:

Личный вклад автора заключается в участии и постановки задачи, в сборе и обработке информации; автор лично участвовал в полевых исследованиях, проводил сбор и анализ фактического материала. При личном участии автора проведены лабораторные анализы, обработка и систематизация полученных результатов.

Глава 1.Что такое микропластики

Микропластики - это небольшие пластмассы, например, бусины в зубной пасте и чистящем средстве для лица, или пластиковый мусор, например, пластиковые пакеты для покупок и ПЭТ-бутылки, которые были уменьшены до 5 мм или менее ультрафиолетовыми лучами или волнами. По размерам пластиковый мусор условно делят на мега (больше 10 см) макро (больше 2 см), мезо (5-20 мм) и микропластик (меньше 5 мм). Не существует определенного размера для частицы, классифицируемой как «микропластик», за верхний предел обычно принимается 5 мм[3]. Микропластик можно разделить на две основные группы — первичный и вторичный. Первичный микропластик возникает при износе автомобильных шин и некоторых видов дорожного покрытия и краски (например, на велодорожках). По некоторым данным, около ⅔ всего первичного микропластика смывается с дорог. Еще примерно 25% попадает в канализацию при каждой стирке синтетических тканей, от которых отслаиваются сотни тысяч микроволокон [3]. Наконец, небольшие частицы неизбежно теряются во время производства пластика. Кроме того, в косметику (например, в скрабы, в зубную пасту и гели для душа) и в промышленные чистящие средства для лучшего эффекта часто добавляют мелкие пластиковые гранулы. Во время использования они смываются в канализацию вместе со сточными водами[3]. Вторичный микропластик появляется из крупного пластикового мусора. Когда пакеты, одноразовую посуду, бутылки и прочие отходы выбрасывают, они постепенно под действием солнечного света и воды распадаются на все более мелкие кусочки, сохраняя при этом свою молекулярную структуру[3]. В итоге частицы микрополимеров находят в воздухе, грунтовых водах, арктических льдах, в растениях и в организмах животных. Микропластик включает в себя разные типы полимеров (например, полиэтилен, полипропилен) и формы (например, фрагменты-обломки, шарики и волокна). Они имеют различное происхождение и плотность. Легкие частицы пластика с низкой удельной плотностью (<1 г/см3), как правило, остаются плавучими, плавают на поверхности воды и преодолевают большие расстояния[3].

1.1 Факторы, которые способствуют распространению микропластика

Существует несколько факторов, которые способствуют распространению микропластика в пресных водоемах и усугубляют данную проблему[4]. Один из факторов - это использование пластиковых материалов в различных сферах человеческой деятельности. Пластик широко применяется в упаковке, производстве одежды, косметики, бытовой техники и других товаров. Из-за низкой биоразлагаемости пластиковые отходы могут сохраняться в окружающей среде десятилетиями, постепенно разлагаясь на мельчайшие частицы - микропластик [4].

Еще одним фактором, влияющим на распространение микропластика, является недостаточная эффективность системы управления отходами[5]. Часть пластиковых отходов попадает в водоемы через несанкционированные свалки, неполадки на свалках и недостаточно развитую систему сбора и переработки отходов. Это способствует накоплению микропластика в водных экосистемах и ухудшению качества воды [5]. Кроме того, важным фактором является антропогенное воздействие на водные экосистемы. Выпуск промышленных и бытовых сточных вод, содержащих микрочастицы пластика, а также применение косметических средств с пластиковыми микрочастицами способствуют загрязнению водоемов микропластиком. Эти частицы могут накапливаться в воде, влияя на живые организмы и экосистему в целом [6].

Таким образом, факторы, влияющие на распространение микропластика в пресных водоемах, включают широкое использование пластиковых материалов, проблемы управления отходами и антропогенное воздействие на водные экосистемы. Я считаю, что для решения проблемы загрязнения водоемов микропластиком необходимо разработать комплексные меры по снижению использования пластика, улучшению системы управления отходами и контролю за выбросами пластика в окружающую среду.

1. 2. Влияние микропластика на экосистемы пресных водоемов

Проблема микропластика в пресных водоемах является актуальной и требует серьезного внимания. Микропластик представляет опасность не только для животных, птиц и рыб, но и для всей экосистемы водоемов [4] Микрочастицы пластика имеют широкий спектр размерных групп и низкую плотность, в результате чего многие живые организмы воспринимают эти частицы как источник пищи[7]. Пластик способен аккумулировать на своей поверхности многие токсины и загрязняющие вещества, и в то же время является привлекательной «едой» для птиц и рыб. Сначала он поедается зоопланктонными организмами, которыми, в свою очередь, питаются рыбы[7]. Двустворчатые моллюски также отфильтровывают пластик, перенося его далее по пищевой цепи. В результате пластик оказываются в организмах практически всех водных обитателей. Поскольку пластик не разлагается ферментативной системой живых организмов, то его проглатывание само по себе представляет угрозу для них и может вызывать летальный исход [8].Существует два типа влияния пластика на животный организм - это физические и физиологические повреждения, которые связаны между собой (К физическим повреждениям относятся проглоченные мезо - и микропластиковые острые частицы, которые повреждают внутренние органы, прокалывают оболочку пищеварительной системы, приводя к появлению язв, воспалений и возникновению инфекций. При попадании в желудок животного пластикового пакета происходит закупорка, которая приводит к ложному чувству сытости и снижению выносливости организмов. Физические повреждения в результате часто приводят к физиологическим повреждениям [8].

Таким образом, микропластик не только вредит жизни этих животных, но и легко проникает в пищевые цепи, поднимаясь вплоть до человека. Таким образом, проблема микропластика в пресных водоемах требует комплексного подхода и совместных усилий для выявления проблемных зон с повышенным уровнем загрязнения, разработки эффективных

Глава 2. Определение наличия микропластика в воде и в донных отложениях реки Сухой ручей.

2.1. Описание объекта исследования

Для изучения уровня загрязнения и процессов накопления микропластика в реке и пруду было проведено комплексное изучение его распределения в воде и донных осадках р. Сухой Ручей. Исследования проводились в районе впадения реки в пруд и в районе выхода реки из пруда.

Река Сухой ручей протекает через с. Петровское и вбирает в себя поверхностные стоки с сельской территории. Река представляет из – себя ручей шириной 1, 5 м. и глубиной 1м. Истоком реки является выход родниковых вод в районе ул. Мира. Впадает в р. Зеленчук на территории Ставропольского края. В долине реки размещаются 5 прудов, один из которых, расположен на территории села Петровского. В 2013 году предприниматель Мозуляко С.В. перегородил плотиной реку выше сельского пруда с целью создание собственного пруда. В плотине проложена труба, через которую теперь вытекает вода, наполняющая Петровский пруд. Вода в месте вытекания застаивается, в результате чего началось заболачивание, и зарастание пруда в западной части высшими растениями (рогоз, тростник, камыш, осока). В данной экосистеме обитает большое количество птиц: утки кряквы, чирки, серая и белая цапли, лебеди, кулики, выпь. В настоящий момент оба водоема находятся в запущенном состоянии. Береговая линия прудов и реки загрязнена бытовым мусором, сильно заросла прибрежной растительностью.

2.2 Результаты исследования.

На первом этапе исследования были обследованы берега водоема, с целью определения экологического состояния территории, т.е наличие мусора. Обход водоемов показал, что мусор присутствует везде, в том числе и в воде. Рядом с прудом была обнаружена несанкционированная свалка мусора. Пластиковый мусора так же был обнаружен около кострищ, а также в местах, где постоянно сидят рыбаки, это восточная плотина. Большую часть составили пластиковые и стеклянные бутылки, пластиковые пакеты, одноразовая посуда, упаковки из- под семечек и чипсов, тетрапаки. В месте выхода реки из платины так же обнаружены пробки, пластиковые бутылки, пакеты (Диаграмма 1. Макромусор возле мест отбора проб).

Диаграмма 1 . Макромусор возле мест отбора проб

На втором этапе производили отбор проб воды и донных отложений. Отбор пробпроводили в прибрежной зоне реки и пруда в весенний период 2024г. Для отбора проб выбрали три точки: точка № 1 – исток реки (место выхода родниковых вод ) ; точка № 2- место выхода реки из частного пруда Мозуляко ( труба в плотине), точка № 3 –место выхода реки из сельского пруда в районе восточной плотины (рис 2.Фрагмент карты Google с. Петровского, реки Сухой Ручей с пробными точками для отбора проб).

Рис.2 .Фрагмент карты Google с. Петровского, реки Сухой Ручей с пробными точками для отбора проб.

Как видно из карты второе и третье место отбора проб располагается гораздо ниже по течению и соответственно можно предположить, что пробы будут более загрязнены микропластиком.

Фильтрование проб воды проводилось с помощью самодельной фильтровальной установки (профильтровано по 8- 9 л воды в каждой точке), а также из придонного слоя с осадком – по три пробы объёмом 1 литр (рис.3. Фильтрование проб воды).

рис.3 Фильтрование проб воды

Отобранные пробы представляли собой песчано-илистую смесь.Сырую исходную пробу массой 400г оставляли до полного высыхания. Далее проводили просеивание через два сита. Первое сито имело диаметр ячейки 5 мм, а второе 0,3 мм. Оставшиеся на сите диаметром ячейки 0,3мм фрагменты подвергали плотностному разделению в растворе ZnCl2 . Не осевшие частицы собирали на сите и хорошо промывали дистиллированной водой. Далее количественно все переносили в стакан и проводили окисление перекисью водорода[1]. Затем не прореагировавшие фрагменты опять пропускали через сито, промывали водой и пропустили через бумажный фильтр(белая лента). Фильтры сушили и затем проводили визуальный анализ с помощью цифрового микроскопа с увеличением 40-1600 крат. Этого хватает для того, чтобы определить частицы размером чуть менее 1мкм и более крупные, чтобы определить формы, размера и цвета частиц. Увеличение в 1600 крат помогает только уточнить материал частицы (разглядеть отсутствие клеточной структуры или увидеть переливы, например), но удобнее проводить оценку частиц в пробе на более мелком увеличении (до 1000 крат)[1].

Также рассматривали пробы воды на сетке. Просмотр пробы на сетке позволяет оценить размер микропластиковой частицы. Чтобы не принять биологический материал за микропластик сдавливала подозрительную частицу с помощью, иглы. Если она рассыпается или распадется на части, то это не пластик. Если частица сохраняет форму, то это пластик. Также, можно проверить частицы с помощью горячей иглы – пластик от нагревания изменит форму (нитка завьётся)[2].

Было изготовлено 10 фильтров с каждой пробы.

Для визуального определения микропластика использовались критерии для идентификации микропластика[2]:

1. Микропластик – это твердые частицы синтетических полимеров менее 5 мм в диаметре[2].

2. Частицы микропластика не имеют клеточной структуры, что позволяет отличить их от органических материалов (кусочков растений, животных),
3. Если это волокна – то они должны быть одинаково толстыми/тонкими на протяжении всей длинны. Часто бывают перекрученными, как лента. Иногда можно наблюдать изнашивание или рваные концы[2].

4. Пластиковые частицы часто имеют четкий и однородный цвет. Из этого правила есть несколько исключений: отбеленные частицы и частицы, со следами органических загрязнений[2].

5. Частицы пластика часто имеют неестественный для органики цвет (синий, красный и другие) и, возможно, блеск (но не перламутровое переливание, которое наблюдается у песчинок)[2].

Результаты исследования показали, что в точке №1 микропластик не обнаружен, это связано скорее всего с тем, что место отбора данной пробы – это исток реки, т. е место выхода родника (рис. 4. Исток р. Сухой ручей - место выхода родника).

Рис.4. Исток р. Сухой ручей. Место выхода родника)

В точке № 2 обнаружены только синтетические нити в незначительном количестве в пробах воды, в пробах донных отложений микропластик не обнаружен, скорее всего, потому, что в этом месте река имеет сильное течение и частицы уносятся вниз (рис.5. Нити микропластика на сетке в пробах воды в точке 2).

рис. 5. Нити микропластика на сетке в пробах воды в точке 2.

Как мы и предполагали, в третьей пробе количество микропластика оказалось гораздо больше. Частицы были обнаружены и в пробах воды, и в пробах придонного осадка. Причем в придонном осадке их оказалось больше. Так как образцы пробы были взяты в месте выхода реки из платины то, можно предположить, что сюда они сносились течением и накопились в зоне застоя воды. Как известно, пластиковые частицы легче воды, однако они со временем обрастают микроводорослями и бактериями и в итоге опускаются на дно водоема[1].Помимо синтетических нитей обнаружены фрагменты пластиков разной формы и цвета, имеющие размерыот 1 до 6 мм (рис. 6. Частицы микропластика в пробах воды и придонного осадка в точке 3).

Рис. 6. Частицы микропластика в пробах воды и придонного осадка в точке 3

Таким образом, наше исследование доказывает загрязнение микропластиком пресного водоема, а также различия в концентрации микропластика в разных участках реки, что может быть связано с наличием источников загрязнения по пути течения воды и наличия мест застоя воды.

Заключение.

Наша цель достигнута. Гипотеза о загрязни пресного водоема микропластиком подтвердилась.

  1. Выяснено, что процесс анализа проб обязательно включает в себя следующие стадии: просеивание, сушка, жидкое окисление в перекиси водорода, плотностное разделение (флотация), визуальная сортировка с помощью микроскопа.

  2. Изучены факторы, влияющие на распространение микропластика в водоемах.

  3. Впервые проведено исследование содержания микропластика в воде и донных осадках р. Сухой Ручей и сельского пруда.

  4. Выявлено, что волокна являются наиболее распространенной формой. В донных осадках частицы микропластика аккумулируются преимущественно в зонах осадконакопления, в зонах застоя воды.

  5. В ходе исследования наличия микропластика в пресных водоемах были проведены выборочные обследования, что позволило определить уровень загрязнения пресного водоема этим вредным веществом.

  6. Доказано загрязнение р. Сухой Ручей и сельского пруда микропластиком.

  7. Выявлена закономерность, что чем ниже по течению реки располагается станция, тем больше в ней обнаружено микропластика.

  8. Определено, что выбранные нами станции, загрязнены пластиковым мусором и другими потенциальными источниками микропластика, именно он становится источником искомых нами частиц пластика.

Таким образом, исследование концентрации микропластика в пресных водоемах имеет большое значение для сохранения экосистемы и здоровья человека. Необходимо принимать срочные меры по снижению уровня загрязнения и продолжать исследования в этой области для обеспечении. В дальнейшем требуется подробное изучение не только уровня загрязнения вод частицами микропластика, но и закономерностей их образования, поступления, переноса и захоронения, а также прогнозирование последствий такого загрязнения для водных экосистем.

Меры по снижению уровня микропластика в пресных водоемах являются важным шагом в решении проблемы загрязнения водных ресурсов. Одним из способов борьбы с микропластиком является, конечно, и разработка эффективных технологий очистки окружающей среды. Но в первую очередь необходимо проводить просветительную работу экологической направленности среди населения, объяснять о недопустимости загрязнения территории бытовым и пластиковым мусором.

Литература и источники.

  1. Зобков М.Б., Есюкова Е.Е. Микропластик в морской среде: обзор методов отбора, подготовки и анализа проб воды, донных отложений и береговых наносов // Океанология. 2017. Т. 58. № 1. С. 149-157. DOI: 10.7868/S0030157418010148

  2. Наблюдение рек. Пособие для общественного экологического мониторинга. Приложение 9 «Методика исследований загрязнения водных объектов микропластиком».

  3. Микропластик — невидимая проблема мирового масштаба[Электронный ресурс] - Режим доступа: https://plus-one.ru/manual/2021/10/19/mikroplastik-nevidimaya-problema-mirovogo-masshtaba

  4. Микропластик: типы и источники, влияние на живые организмы [Электронный ресурс] Режим доступа:https://rekiruki.ru/mikroplastik, свободный. - Загл. с экрана

  5. К вопросу о проблеме микропластика в ... [Электронный ресурс] Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/k-voprosu-o-probleme-mikroplastika-v-kontinentalnyh-vodoemah, свободный. - Загл. с экрана

  6. Микропластик в водной среде [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://scientificrussia.ru/articles/mikroplastik-v-vodnoj-srede, свободный. - Загл. с экрана

  7. Аннотация [Электронный ресурс] // vital.lib.tsu.ru - Режим доступа:https://vital.lib.tsu.ru/vital/access/services/download/vital:19455/source01, свободный. - Загл. с экрана

  8. Микропластик – проблема планетарного масштаба. Алексей В. Клещенков, Татьяна Б. Филатова[Электронный ресурс] - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/microplastic-is-a-problem-of-planetaryscaleDOI 10.23947/2414-1143-2019-18-2-66-78 УДК 02.5

Просмотров работы: 32