Пласты и массы: загадка мусорных континентов в океане
Сколько в Мировом океане плавает пластика, откуда он берется, куда исчезает и какие есть способы избавиться от мусорных континентов
В 1997 году американский океанограф и яхтсмен Чарльз Мур решил опробовать свой предназначенный для исследовательской работы, но довольно быстроходный катамаран Alguita в парусной гонке Лос-Анджелес - Гаваи. Во время гонки Мур, как и другие участники, избегал области Северного Тихоокеанского течения, но, финишировав третьими, команда Alguita решила дать себе возможность отдохнуть и расслабиться и, запустив дизельный двигатель, отправилась обратно к материку как раз через эту обычно пустынную и очень редко посещаемую судами зону.
«Я смотрел с палубы на поверхность того, что должно было быть древнейшим океаном, но видел, насколько хватало глаз, одни только пластиковые отходы, - описал позже ученый свое путешествие в эссе для журнала Natural History. - Сложно поверить, но в этом пластмассовом море не было ни единого пятна чистой воды. Неделя ушла у меня на то, чтобы пересечь субтропический пояс высокого давления, и все это время, когда бы я ни посмотрел на океан, я видел только мусор - пластиковые бутылки, крышки от них, пакеты и фрагменты всего этого».
Как имя Колумба связано с открытием Америки, так и имя Чарльза Мура связано с открытием самого молодого континента в истории Земли - Восточного мусорного континента или, как его еще называют, Большого тихоокеанского мусорного пятна. О том, что особое устройство течений на севере Тихого океана, которые образуют здесь что-то вроде гигантского водоворота, может привести к постепенному накапливанию в этой области плавучего мусора, теоретически говорили еще в конце 1980-х годов, однако эмоциональное свидетельство Мура вывело публичное обсуждение проблемы на новый уровень.
Большое тихоокеанское мусорное пятно оказалось не единственным пластиковым континентом на планете. В мире есть еще четыре области, куда морские течения десятилетиями стягивают попавшие в воду отбросы, где океанская поверхность на сотни километров покрыта толстым слоем постепенно крошащихся от трения бутылок из-под газировки, пакетов, пластмассовых буйков, обрывков сетей.
Гигантские плавучие свалки обнаружены между Мадагаскаром и Австралией, между Пиренейским полуостровом и Карибским морем, в Южной Атлантике - между восточным побережьем Бразилии и мысом Доброй Надежды, на юге Тихого океана - между берегами Чили и Новой Зеландией. Найденный Муром Восточный мусорный континент, простирающийся от берегов Японии до США, самый большой, по оценкам ученых, здесь скапливается более трети всех оказавшихся в океане отходов.
Но сколько всего мусора плавает на океанской поверхности? Окончательных данных нет, а для того, чтобы сделать приближенную к реальности оценку, ученые пользуются одним из двух комплиментарных методов. Первый из них - прикинуть, сколько пластиковых отходов ежегодно попадает в морские воды с суши, второй - постараться оценить параметры самих мусорных континентов.
#
Большое тихоокеанское мусорное пятно по площади сравнимо со штатом Техас, толщина пластикового покрова здесь - от нескольких сантиметров до нескольких метров
#
Взгляд с берега
Как раз на первом методе основано только что опубликованное в журнале Science исследование группы американских ученых под руководством Дженны Джамбек из Университета Джорджии. Из чего строятся мусорные континенты? Авторы работы отмечают, что львиная доля пластмассы попадает в море со свалок в прибрежных городах и деревнях. В середине 1970-х годов сброс мусора с судов был запрещен, и сегодня процент отходов, смытых в океан с суши, оценивается в 80 процентов. И этот мусор в значительной мере состоит из пластика.
#
За последние 40 лет производство пластмассы в мире выросло на 620%, в 2012 году оно составило 288 млн тонн. Доля пластмассы в непищевых отходах выросла с 1960-х годов на порядок - с 1% до более чем 10%
#
Сколько выброшенного на помойку пластика закончит свой путь в океане, точно не знает никто. Здесь возможны только приблизительные оценки. Авторы работы в Science избрали следующий метод: они подсчитали, сколько всего пластмассы ежегодно выбрасывается жителями 192 стран мира в пределах 50-километровой прибрежной зоны и какая доля этих отходов не подвергается грамотной обработке, то есть оказывается на стихийных необорудованных свалках.
По мнению исследователей, как раз такие свалки служат основным источником загрязнения океана, от 15% до 40% мусора с них со временем попадают в море. И вот какие получаются данные на 2010 год: 6,4 млрд жителей стран, имеющих выход к морю, оставили за год 2,5 млрд тонн мусора, из которых 11% (275 млн тонн) - это пластик; кстати, примерно столько же пластмассы было произведено в 2010 году во всем мире.
Учитывая это, можно рассчитать, что жители прибрежной зоны выбрасывают 99,5 млн тонн пластикового мусора, из которых треть (31,9 млн тонн) остается на необорудованных стихийных свалках. Ученые считают, что в течение года от 4,8 до 12,7 млн тонн пластика оказывается в океане. Главный поставщик материала для мусорных континентов - Китай, где каждый житель ежедневно выбрасывает чуть больше 100 г пластмассового мусора, 76% которого в конечном итоге оказывается на стихийной свалке. На втором месте - Индонезия, на третьем - Филиппины. Индия, как ни странно, лишь на 12-м месте, ЕС - на 18-м. Замыкает двадцатку лидеров США: американцы производят в три раза больше пластикового мусора, чем китайцы, но и контролируют отходы намного строже, на стихийные свалки попадает лишь 2%.
12,7 млн тонн пластикового мусора - это много или мало?
Давайте подсчитаем. Согласно российским нормам, масса кубического метра твердых бытовых отходов принимается равной одной четверти тонны. Объем традиционного вагона, предназначенного для перевозки насыпных грузов, хоппера - 55 кубических метров, другими словами, он вмещает больше 13 тонн мусора.
#
Итого, для перевозки попавших за 2010 год в океан пластиковых отходов понадобился бы миллион вагонов
#
Состав из этих вагонов имел бы длину примерно 25 тыс. км, а это больше половины длины экватора. Для того чтобы разместить эти вагоны между Москвой и Санкт-Петербургом, потребовалось бы 40 железнодорожных путей, каждый из которых был бы на всем протяжении заставлен хопперами с мусором. И это только за год! Теперь существование целых пластиковых континентов уже не кажется таким удивительным, не так ли?
Взгляд с моря
Разумеется, не весь попавший в море пластик становится строительным материалом для гигантских мусорных островов; какая-то его часть попросту тонет. По оценке авторов опубликованной в июле прошлого года в PNAS работы, из попавшего в воду пластмассового мусора до пластиковых континентов добирается примерно 60-64%. А значит, за прошедшее с начала бума производства и использования пластмассы время на океанской поверхности должны были скопиться многие миллионы тонн отходов.
Для того чтобы оценить объем составляющего пластиковые континенты мусора, в 2010 году в плавание отправилось испанское исследовательское судно «Маласпина». Результаты этой экспедиции и легли в основу вышедшей в PNAS статьи. Ученые с помощью специальных нейстонных сетей с диаметром ячейки 0,2 мм взяли 225 образцов пластикового покрова в 141 точке Мирового океана. Благодаря этим пробам они смогли оценить среднюю плотность пластмассового ковра, а экстраполируя эти данные с учетом известной толщины мусорных островов и их площади, они оценили всю массу плавающего на океанской поверхности мусора. Получилось от 7 до 35 тысяч тонн, то есть на несколько порядков меньше оценок, сделанных с берега. На это удивительное расхождение (до тысячи раз!) указывают и авторы статьи в Science.
Куда же девается все остальное?
Для исследователей океанского мусора это стало одной из самых больших загадок. Если присмотреться к океанскому пластиковому покрову повнимательнее (а такая возможность была у экипажа «Маласпины»), окажется, что большая его часть - мелкие, всего несколько миллиметров в диаметре, гранулы. Попавшая в соленую морскую воду пластмассовая бутылка довольно быстро разрушается под действием воды, солнца и трения. Мусорные континенты - не столько суп, сколько каша. Теоретическая модель подсказывает, что основу этой каши должны составлять крупинки размером меньше 5 мм, но вот их-то ученые обнаружили в пробах намного меньше, чем ожидали.
#
Расхождение в оценках количества сбрасываемого в океан мусора и его объема в пластиковых континентах связано с таинственным дефицитом самых маленьких частичек мусора, в которые со временем разлагается любая пластиковая бутылка
#
Для объяснения отсутствия в пробах мелких гранул у ученых есть несколько гипотез. Например, пластик может разлагаться в морской воде не так, как предсказывает существующая модель. Большие куски распадаются на куски поменьше достаточно медленно, но этот процесс с уменьшением размера гранул ускоряется (в дело могут вступать особые бактерии), и миллиметровые кусочки мусора очень быстро превращаются в настолько мелкую мусорную пыль, что она проходит даже через крошечные ячейки нейстонных сетей, которые используют для сбора планктона.
Другая гипотеза предполагает, что пластиковая крупа покрывается водорослями и мелкими живыми организмами, которые утягивают ее на дно. Впрочем, опустившись достаточно глубоко, эти биологические наросты должны были бы погибнуть, а гранулы через некоторое время вернуться на поверхность.
Третья, по мнению исследователей, самая правдоподобная гипотеза: мелкие куски пластика пожирают рыбы. В желудке каждой третьей выловленной планктоноядной рыбы находят пластиковые фрагменты как раз из «пропавшей» категории 0,2-5 мм в диаметре. Дальнейший путь съеденного пластика - либо вниз с фекалиями и трупами погибших рыб, либо вверх по пищевой цепи - вплоть до наших с вами собственных желудков.
Больше экватора
Авторы статьи в Science прогнозируют, что к 2025 году объем ежегодно попадающих в океан пластиковых отходов может вырасти более чем на порядок и достигнуть 100-250 млн тонн (это уже 20 млн вагонов с мусором, состав из которых может 10 раз обернуть Землю по экватору).
Чтобы решать эту проблему, необходимо одновременно увеличить контроль за отходами (и по возможности сократить их объем) и разработать системы очистки океанских вод от уже попавшего туда пластика. Таких технологий предложено за последние годы достаточно много.
Например, созданная строителем и инструктором подводного плавания Ричардом Оуэном Коалиция по очистке окружающей среды предполагает строительство специальной флотилии кораблей-тральщиков, которые собирали бы пластиковые отходы огромными сетями.
А 19-летний голландский студент Боян Слат в одночасье прославился, предложив в 2014 году альтернативную систему: статичные автономные платформы с плавучими барьерами могли бы собирать мусор, попадающий в ловушку за счет океанских течений. Состоятельность этого подхода подтвердил анализ, проверенный более чем 100 мировыми экспертами в области загрязнения океана; по их оценке, за 10 лет таким способом удалось бы очистить с поверхности более половины пластика. В настоящее время созданная Слатом компания The Ocean Cleanup ищет инвестора: для первого этапа воплощения проекта требуются относительно небольшие деньги, всего $2 млн.
Человечество испытывает сложности с тем, чтобы договориться о сокращении выбросов парниковых газов, экологическим проектам сложно найти даже скромное финансирование, а обычные люди попросту отказывают верить в реальность глобального потепления, предпочитая жить сегодняшним днем, когда температура вполне комфортная, еды и воды хватает и можно особенно не задумываться о судьбе брошенного на мостовую фантика от конфеты. Пластиковые континенты находятся далеко от наших домов и даже, кажется, за пределами нашего воображения.
Что ожидает нас в будущем? Американский морской биолог Мириам ГОЛДСТЕЙН отмечает, что некоторые виды морских насекомых научились использовать куски пластика для откладывания яиц, а пластмассовая каша, возможно, стала частью рациона некоторых видов рыб и птиц. Неправильно думать, что тотальное загрязнение, которому человек подвергает моря и сушу, обязательно грозит гибелью всему живому. Одно из самых сильных качеств живой природы - умение приспосабливаться. То, что происходит сейчас, - не столько уничтожение, сколько изменение биосферы. Вот только никто не гарантирует, что в новой биосфере найдется место для человека.
Сергей НЕМАЛЕВИЧ - математик, научный журналист
slon.ru, 18.02.2015
http://slon.ru/insights/1216856/
В 1997 году американский океанограф и яхтсмен Чарльз Мур решил опробовать свой предназначенный для исследовательской работы, но довольно быстроходный катамаран Alguita в парусной гонке Лос-Анджелес - Гаваи. Во время гонки Мур, как и другие участники, избегал области Северного Тихоокеанского течения, но, финишировав третьими, команда Alguita решила дать себе возможность отдохнуть и расслабиться и, запустив дизельный двигатель, отправилась обратно к материку как раз через эту обычно пустынную и очень редко посещаемую судами зону.
«Я смотрел с палубы на поверхность того, что должно было быть древнейшим океаном, но видел, насколько хватало глаз, одни только пластиковые отходы, - описал позже ученый свое путешествие в эссе для журнала Natural History. - Сложно поверить, но в этом пластмассовом море не было ни единого пятна чистой воды. Неделя ушла у меня на то, чтобы пересечь субтропический пояс высокого давления, и все это время, когда бы я ни посмотрел на океан, я видел только мусор - пластиковые бутылки, крышки от них, пакеты и фрагменты всего этого».
Как имя Колумба связано с открытием Америки, так и имя Чарльза Мура связано с открытием самого молодого континента в истории Земли - Восточного мусорного континента или, как его еще называют, Большого тихоокеанского мусорного пятна. О том, что особое устройство течений на севере Тихого океана, которые образуют здесь что-то вроде гигантского водоворота, может привести к постепенному накапливанию в этой области плавучего мусора, теоретически говорили еще в конце 1980-х годов, однако эмоциональное свидетельство Мура вывело публичное обсуждение проблемы на новый уровень.
Большое тихоокеанское мусорное пятно оказалось не единственным пластиковым континентом на планете. В мире есть еще четыре области, куда морские течения десятилетиями стягивают попавшие в воду отбросы, где океанская поверхность на сотни километров покрыта толстым слоем постепенно крошащихся от трения бутылок из-под газировки, пакетов, пластмассовых буйков, обрывков сетей.
Гигантские плавучие свалки обнаружены между Мадагаскаром и Австралией, между Пиренейским полуостровом и Карибским морем, в Южной Атлантике - между восточным побережьем Бразилии и мысом Доброй Надежды, на юге Тихого океана - между берегами Чили и Новой Зеландией. Найденный Муром Восточный мусорный континент, простирающийся от берегов Японии до США, самый большой, по оценкам ученых, здесь скапливается более трети всех оказавшихся в океане отходов.
Но сколько всего мусора плавает на океанской поверхности? Окончательных данных нет, а для того, чтобы сделать приближенную к реальности оценку, ученые пользуются одним из двух комплиментарных методов. Первый из них - прикинуть, сколько пластиковых отходов ежегодно попадает в морские воды с суши, второй - постараться оценить параметры самих мусорных континентов.
#
Большое тихоокеанское мусорное пятно по площади сравнимо со штатом Техас, толщина пластикового покрова здесь - от нескольких сантиметров до нескольких метров
#
Взгляд с берега
Как раз на первом методе основано только что опубликованное в журнале Science исследование группы американских ученых под руководством Дженны Джамбек из Университета Джорджии. Из чего строятся мусорные континенты? Авторы работы отмечают, что львиная доля пластмассы попадает в море со свалок в прибрежных городах и деревнях. В середине 1970-х годов сброс мусора с судов был запрещен, и сегодня процент отходов, смытых в океан с суши, оценивается в 80 процентов. И этот мусор в значительной мере состоит из пластика.
#
За последние 40 лет производство пластмассы в мире выросло на 620%, в 2012 году оно составило 288 млн тонн. Доля пластмассы в непищевых отходах выросла с 1960-х годов на порядок - с 1% до более чем 10%
#
Сколько выброшенного на помойку пластика закончит свой путь в океане, точно не знает никто. Здесь возможны только приблизительные оценки. Авторы работы в Science избрали следующий метод: они подсчитали, сколько всего пластмассы ежегодно выбрасывается жителями 192 стран мира в пределах 50-километровой прибрежной зоны и какая доля этих отходов не подвергается грамотной обработке, то есть оказывается на стихийных необорудованных свалках.
По мнению исследователей, как раз такие свалки служат основным источником загрязнения океана, от 15% до 40% мусора с них со временем попадают в море. И вот какие получаются данные на 2010 год: 6,4 млрд жителей стран, имеющих выход к морю, оставили за год 2,5 млрд тонн мусора, из которых 11% (275 млн тонн) - это пластик; кстати, примерно столько же пластмассы было произведено в 2010 году во всем мире.
Учитывая это, можно рассчитать, что жители прибрежной зоны выбрасывают 99,5 млн тонн пластикового мусора, из которых треть (31,9 млн тонн) остается на необорудованных стихийных свалках. Ученые считают, что в течение года от 4,8 до 12,7 млн тонн пластика оказывается в океане. Главный поставщик материала для мусорных континентов - Китай, где каждый житель ежедневно выбрасывает чуть больше 100 г пластмассового мусора, 76% которого в конечном итоге оказывается на стихийной свалке. На втором месте - Индонезия, на третьем - Филиппины. Индия, как ни странно, лишь на 12-м месте, ЕС - на 18-м. Замыкает двадцатку лидеров США: американцы производят в три раза больше пластикового мусора, чем китайцы, но и контролируют отходы намного строже, на стихийные свалки попадает лишь 2%.
12,7 млн тонн пластикового мусора - это много или мало?
Давайте подсчитаем. Согласно российским нормам, масса кубического метра твердых бытовых отходов принимается равной одной четверти тонны. Объем традиционного вагона, предназначенного для перевозки насыпных грузов, хоппера - 55 кубических метров, другими словами, он вмещает больше 13 тонн мусора.
#
Итого, для перевозки попавших за 2010 год в океан пластиковых отходов понадобился бы миллион вагонов
#
Состав из этих вагонов имел бы длину примерно 25 тыс. км, а это больше половины длины экватора. Для того чтобы разместить эти вагоны между Москвой и Санкт-Петербургом, потребовалось бы 40 железнодорожных путей, каждый из которых был бы на всем протяжении заставлен хопперами с мусором. И это только за год! Теперь существование целых пластиковых континентов уже не кажется таким удивительным, не так ли?
Взгляд с моря
Разумеется, не весь попавший в море пластик становится строительным материалом для гигантских мусорных островов; какая-то его часть попросту тонет. По оценке авторов опубликованной в июле прошлого года в PNAS работы, из попавшего в воду пластмассового мусора до пластиковых континентов добирается примерно 60-64%. А значит, за прошедшее с начала бума производства и использования пластмассы время на океанской поверхности должны были скопиться многие миллионы тонн отходов.
Для того чтобы оценить объем составляющего пластиковые континенты мусора, в 2010 году в плавание отправилось испанское исследовательское судно «Маласпина». Результаты этой экспедиции и легли в основу вышедшей в PNAS статьи. Ученые с помощью специальных нейстонных сетей с диаметром ячейки 0,2 мм взяли 225 образцов пластикового покрова в 141 точке Мирового океана. Благодаря этим пробам они смогли оценить среднюю плотность пластмассового ковра, а экстраполируя эти данные с учетом известной толщины мусорных островов и их площади, они оценили всю массу плавающего на океанской поверхности мусора. Получилось от 7 до 35 тысяч тонн, то есть на несколько порядков меньше оценок, сделанных с берега. На это удивительное расхождение (до тысячи раз!) указывают и авторы статьи в Science.
Куда же девается все остальное?
Для исследователей океанского мусора это стало одной из самых больших загадок. Если присмотреться к океанскому пластиковому покрову повнимательнее (а такая возможность была у экипажа «Маласпины»), окажется, что большая его часть - мелкие, всего несколько миллиметров в диаметре, гранулы. Попавшая в соленую морскую воду пластмассовая бутылка довольно быстро разрушается под действием воды, солнца и трения. Мусорные континенты - не столько суп, сколько каша. Теоретическая модель подсказывает, что основу этой каши должны составлять крупинки размером меньше 5 мм, но вот их-то ученые обнаружили в пробах намного меньше, чем ожидали.
#
Расхождение в оценках количества сбрасываемого в океан мусора и его объема в пластиковых континентах связано с таинственным дефицитом самых маленьких частичек мусора, в которые со временем разлагается любая пластиковая бутылка
#
Для объяснения отсутствия в пробах мелких гранул у ученых есть несколько гипотез. Например, пластик может разлагаться в морской воде не так, как предсказывает существующая модель. Большие куски распадаются на куски поменьше достаточно медленно, но этот процесс с уменьшением размера гранул ускоряется (в дело могут вступать особые бактерии), и миллиметровые кусочки мусора очень быстро превращаются в настолько мелкую мусорную пыль, что она проходит даже через крошечные ячейки нейстонных сетей, которые используют для сбора планктона.
Другая гипотеза предполагает, что пластиковая крупа покрывается водорослями и мелкими живыми организмами, которые утягивают ее на дно. Впрочем, опустившись достаточно глубоко, эти биологические наросты должны были бы погибнуть, а гранулы через некоторое время вернуться на поверхность.
Третья, по мнению исследователей, самая правдоподобная гипотеза: мелкие куски пластика пожирают рыбы. В желудке каждой третьей выловленной планктоноядной рыбы находят пластиковые фрагменты как раз из «пропавшей» категории 0,2-5 мм в диаметре. Дальнейший путь съеденного пластика - либо вниз с фекалиями и трупами погибших рыб, либо вверх по пищевой цепи - вплоть до наших с вами собственных желудков.
Больше экватора
Авторы статьи в Science прогнозируют, что к 2025 году объем ежегодно попадающих в океан пластиковых отходов может вырасти более чем на порядок и достигнуть 100-250 млн тонн (это уже 20 млн вагонов с мусором, состав из которых может 10 раз обернуть Землю по экватору).
Чтобы решать эту проблему, необходимо одновременно увеличить контроль за отходами (и по возможности сократить их объем) и разработать системы очистки океанских вод от уже попавшего туда пластика. Таких технологий предложено за последние годы достаточно много.
Например, созданная строителем и инструктором подводного плавания Ричардом Оуэном Коалиция по очистке окружающей среды предполагает строительство специальной флотилии кораблей-тральщиков, которые собирали бы пластиковые отходы огромными сетями.
А 19-летний голландский студент Боян Слат в одночасье прославился, предложив в 2014 году альтернативную систему: статичные автономные платформы с плавучими барьерами могли бы собирать мусор, попадающий в ловушку за счет океанских течений. Состоятельность этого подхода подтвердил анализ, проверенный более чем 100 мировыми экспертами в области загрязнения океана; по их оценке, за 10 лет таким способом удалось бы очистить с поверхности более половины пластика. В настоящее время созданная Слатом компания The Ocean Cleanup ищет инвестора: для первого этапа воплощения проекта требуются относительно небольшие деньги, всего $2 млн.
Человечество испытывает сложности с тем, чтобы договориться о сокращении выбросов парниковых газов, экологическим проектам сложно найти даже скромное финансирование, а обычные люди попросту отказывают верить в реальность глобального потепления, предпочитая жить сегодняшним днем, когда температура вполне комфортная, еды и воды хватает и можно особенно не задумываться о судьбе брошенного на мостовую фантика от конфеты. Пластиковые континенты находятся далеко от наших домов и даже, кажется, за пределами нашего воображения.
Что ожидает нас в будущем? Американский морской биолог Мириам ГОЛДСТЕЙН отмечает, что некоторые виды морских насекомых научились использовать куски пластика для откладывания яиц, а пластмассовая каша, возможно, стала частью рациона некоторых видов рыб и птиц. Неправильно думать, что тотальное загрязнение, которому человек подвергает моря и сушу, обязательно грозит гибелью всему живому. Одно из самых сильных качеств живой природы - умение приспосабливаться. То, что происходит сейчас, - не столько уничтожение, сколько изменение биосферы. Вот только никто не гарантирует, что в новой биосфере найдется место для человека.
Сергей НЕМАЛЕВИЧ - математик, научный журналист
slon.ru, 18.02.2015
http://slon.ru/insights/1216856/