Ученые-экологи провели подробный количественный анализ океанского пластикового мусора в одном из крупнейших мировых скоплений — большом тихоокеанском мусорном пятне. На основе проведенных измерений ученые построили математическую модель, с помощью которой оценили общую массу мусора внутри пятна, занимаемую им площадь, и распределение по размерам. Оказалось, что предыдущие исследования недооценивали общую массу пластика в этой области примерно в 4–16 раз, пишут ученые в Scientific Reports.
Из-за конфигурации океанских течений в некоторых областях океана накапливается большое количество мусора антропогенного происхождения. Одно из таких скоплений — большое тихоокеанское мусорное пятно, расположенное в Тихом океане между побережьем Калифорнии и Гавайскими островами. Площадь этого скопления составляет более миллиона квадратных километров, а точных оценок суммарной массы плавающего мусора (среди которого, например, рыболовные сети, пластиковые бутылки, обломки буйков, веревки, пленки, различные типы упаковок) на данный момент проведено не было. Некоторые измерения позволяли лишь оценить минимальную возможную массу, которая составляла при учете различных типов мусора от 5 до 20 тысяч тонн.
Группа ученых под руководством Лорана Лебретона (Laurent Lebreton) из Фонда очистки океана провела измерения количества различных типов пластикового мусора в этой области Тихого океана, и на основе полученных данных экологи смоделировали мусорное пятно и оценили его суммарную массу и площадь. Поскольку 99,9 процентов всего мусора на поверхности океана составляет пластик, то в качестве основного источника данных для модели ученые использовали результаты измерений о содержании в пятне четырех типов пластикового мусора различного размера: микропластика (размером от 0,05 до 0,5 сантиметров), мезопластика (от 0,5 до 5 сантиметров), макропластика (от 5 до 50 сантиметров) и мегапластика (более 50 сантиметров).
Измерения проводились с июля по сентябрь 2015 года. Всего было проведено 652 замера в различных точках большого тихоокеанского мусорного пятна. Количество крупных единиц самого крупного мусора ученые также оценивали с помощью съемки поверхности океана с самолета. Исходя из собранных данных была построена математическая модель, которая позволила рассчитать массу, площадь и распределение мусора в пятне по размерам.
Результаты вычислений показали, что в мусорном пятне содержится примерно 80 тысяч тонн пластика, которые суммарно занимают площадь около 1,6 миллионов квадратных километров. Эта масса примерно в 4 раза больше максимальной из предыдущих оценок и в 16 раз больше величины, полученный в результате предыдущих измерений количества мусора, собранного в траловые сети.
Кроме общей массы пластика в мусорном пятне ученые провели анализ его фракционного состава. Оказалось, что более трех четвертей всех объектов в пятне имеют размер более 50 сантиметров, и практически наполовину пятно состоит из элементов рыболовных сетей. При этом, например, содержание самого мелкоразмерного микропластикового мусора (в основном, это отдельные элементы, обломки и обрывки других типов мусора) составляет только около восьми процентов всего мусора по массе, но при этом сразу 94 процента, если считать мусор поштучно (всего в пятне примерно 1,8 триллионов единиц пластикового мусора).
При этом масса микропластикового мусора значительно выросла за последние годы: если в 1970-х годах на каждый квадратный километр поверхности океана внутри мусорного пятна в среднем приходилось примерно 0,4 килограмма микропластика, то к 2015 году эта масса выросла более чем в 3 раза: до 1,23 килограммов.
Отличия по сравнению с предыдущими измерениями ученые связывают как с уточнением методов анализа, так и непосредственно с увеличением количества мусора за время, прошедшее между исследованиями. Одной из возможных естественных причин увеличения количества пластика ученые также называют крупное цунами, вызванное землетрясением у восточного берега острова Хонсю в 2011 году.
При этом, выяснилось, что накопление пластика в мусорном пятне носит экспоненциальный характер и этот процесс происходит быстрее, чем если бы новый мусор появлялся только за счет океанских течений. Полученные результаты, по словам авторов исследования, должны помочь понять точные механизмы увеличения массы пластикового мусора и разработать способы борьбы с его последствиями.
Чтобы разобраться, по каким механизмам в океане формируются острова из мусора или других пассивно плавающих объектов (например, колоний различных биоорганизмов), часто ученым приходится использовать довольно сложные физические модели, основанные на гидродинамических подходах или кинетической теории газов. Например, с помощью одного из таких методов, ученые установили, что процесс дрейфа мусора состоит из двух основных стадий: сначала небольшие объекты формируются в кластеры, после чего эти кластеры медленно расходятся друг от друга.
Александр Дубов