Атмосфера — одна из самых динамичных и наименее видимых систем Земли. Наряду с газами, которые поддерживают жизнь, она переносит микроскопические частицы. Они влияют на качество воздуха и распространяют загрязняющие вещества, в том числе микро- и нанопластик.

В этом выпуске подкаста Глобального исследовательского центра «АЛЛАТРА» Анастасия Пашигрева, доктор наук, Химик и исследователь в области устойчивых технологий, Глобальный исследовательский центр «АЛЛАТРА», беседует с Юэ Чжаном, доктором наук, доцентом кафедры атмосферных наук Техасского университета A&M и лауреатом премии NSF CAREER. Исследования доктора Чжана посвящены химии атмосферы, аэрозолям, качеству воздуха, а также совершенно новому научному направлению — изучению микро- и нанопластику в атмосфере. Используя передовые лабораторные методы и измерения атмосферы в реальном времени, его команда изучает, как эти микроскопические частицы перемещаются в воздухе и почему их изучение стало для науки такой важной задачей.

Вместо того чтобы фокусироваться только на том, что мы уже знаем, в данной дискуссии обсуждаются вопросы, над которыми учёные всё ещё ломают голову: от выявления главных источников микропластика в воздухе до понимания того, как он распространяется и как может влиять на климат и здоровье человека.

В этом выпуске:

• Наука об атмосферных аэрозолях и почему это важно

• Как измеряют микро- и нанопластик в воздухе в режиме реального времени

• Самые вероятные источники микропластика в атмосфере

• Воздух на улице и в помещении — что говорят современные исследования

• Мобильные атмосферные лаборатории и полевые измерения

Отчет Глобального исследовательского центра «АЛЛАТРА» «Нанопластик. Систематический анализ рисков для здоровья человека, экосистем и окружающей среды»: https://allatra.org/ru/research

Подкаст выходит на платформе Глобального исследовательского центра «АЛЛАТРА».

Материал имеет информационный и дискуссионный контекст. Содержащиеся в нём высказывания, оценки, интерпретации, выводы и гипотезы являются личной позицией их авторов на дату публикации и не являются официальной позицией международной организации «АЛЛАТРА» либо любого другого общественного объединения, организации, проекта, партнёра или иного связанного лица, если иное прямо не обозначено. 

Публикация материала обеспечивает возможность открытого обсуждения и сама по себе не означает институционального одобрения, подтверждения или научной верификации изложенных взглядов. Материал не является официальным заявлением, экспертным заключением или профессиональной рекомендацией.

Полная расшифровка подкаста 

Анастасия Пашигрева, доктор наук 

Здравствуйте и добро пожаловать на подкаст Глобального исследовательского центра «АЛЛАТРА». Меня зовут Анастасия, и сегодня я ведущая этого подкаста. Тема нашей сегодняшней встречи для меня по-настоящему увлекательна, ведь атмосфера — это гораздо больше, чем просто воздух, которым мы дышим. Эта динамичная система связывает каждый уголок нашей планеты. Атмосфера делает возможными авиаперелёты, влияет на работу спутников и систем связи. Она формирует погоду и климат. Химические процессы в атмосфере определяют состав воздуха, а это напрямую влияет и на экологию, и на здоровье людей. 

Я с большим удовольствием приветствую профессора Чжана из Техасского университета A&M. Господин Чжан является ведущим исследователем в области атмосферной химии, экспертом по атмосферным аэрозолям и качеству воздуха. Он внёс значительный вклад в понимание того, как микро- и нанопластик влияют на химические процессы в атмосфере. Его недавняя работа, посвящённая микро- и нанопластику в воздухе, в сочетании с инновационными лабораторными исследованиями и атмосферными измерениями, помогает нам лучше разобраться в этой теме. Добро пожаловать, профессор Чжан, мы очень рады, что вы сегодня с нами. Спасибо большое, что присоединились к нам.

Юэ Чжан, доктор наук

Большое спасибо, Анастасия. Мне очень приятно быть здесь и поделиться с вами и с вашей аудиторией в рамках этого подкаста некоторыми результатами нашей исследовательской работы. Всем здравствуйте! 

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Добро пожаловать! Знаете, для начала всегда интересно послушать о том, как вообще складывается научный путь ученого. Не могли бы вы рассказать, что вдохновило вас заняться химией атмосферы, и какие вопросы продолжают мотивировать ваши исследования сегодня?

Юэ Чжан, доктор наук

Да, конечно. Вообще мой интерес к изучению окружающей среды и воздуха начался ещё в старших классах, потому что мне очень нравились химия, биология и физика. И уже в университете я пытался понять, как бы мне лучше всего объединить все эти знания. В целом науки об окружающей среде — это настолько замечательная, широкая междисциплинарная область, в которой можно применить всю эту базу для решения наиболее передовых и в то же время острых глобальных проблем.Вот почему я выбрал это как свою основную специальность в бакалавриате. 

Я получил диплом бакалавра в Пекинском университете, а затем продолжил обучение в аспирантуре в Гарварде под руководством Скотта Мартина, который тогда был моим научным руководителем. В Гарварде нам пришлось погрузиться немного глубже в одну из узких областей экологических наук. И вот тут-то я и решил изучать химию атмосферы. Причина в том, что в воздухе постоянно происходит огромное количество очень быстрых реакций, плюс сам воздух находится в постоянном движении. Эта динамика меня просто заворожила. Ну а другая причина заключается в том, что каждый день мы вдыхаем и выдыхаем этот воздух. Поэтому то, что происходит в воздухе, напрямую сказывается и на нашем здоровье.

К тому же, в то время, когда я учился, по всему миру было много проблем с загрязнением воздуха. Они, конечно, никуда не делись и сейчас, но за последние 10-20 лет ситуация сильно изменилась. И это тоже часть моих исследований. Меня это очень вдохновляет, потому что всё постоянно меняется, то и дело появляются какие-то новые темы, которые стоит изучать, чтобы понять, что вообще витает в воздухе, какие процессы там происходят и как всё это влияет на наше здоровье и климат. 

После защиты диссертации я выиграл постдокторальную стипендию от Национального научного фонда США (NSF). Эта стипендия дала отличные возможности: она позволила мне более свободно и независимо работать в разных университетах США. Я работал в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл, а также сотрудничал с Aerodyne Research, Бостонским колледжем и Массачусетским технологическим институтом (MIT). Мы совместно изучали как различные вещества в воздухе влияют на климат, и какие химические процессы с ними происходят. И вот тогда я четко осознал: «Да, я хочу погрузиться в эту область ещё глубже и создать собственную исследовательскую лабораторию». Поэтому я подал заявки в разные университеты и в итоге решил присоединиться к преподавательскому составу Техасского университета A&M, чтобы продолжить исследования и сформировать свою научную команду.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Да, это действительно захватывающий путь. Думаю, для многих людей атмосфера кажется довольно простой системой: просто кислород, азот и немного углекислого газа. Но на самом деле я понимаю, как мало мы ещё знаем, тем более что она постоянно меняется. А если взять вообще весь воздушный столб, включая верхние слои атмосферы, то всё становится ещё сложнее и запутаннее. Это одна из причин, почему я в таком восторге от нашего разговора.
Не могли бы вы рассказать нам об этих атмосферных аэрозолях? Мы знаем, что они влияют и на климат, и на здоровье, но обычные люди знают о них очень мало. Почему изучение аэрозолей — это такая увлекательная и при этом сложная сфера?

Юэ Чжан, доктор наук

Вы затронули очень хороший и интересный момент: люди ведь обычно думают, что состав воздуха фиксирован — азот, кислород, углекислый газ и прочее. И это правда, что большая часть этих газов в воздухе меняется не так уж сильно. Да, уровень CO2 медленно растет, но на коротких промежутках времени всё остается примерно на одном уровне. 

Но что действительно интересно: в воздухе есть примеси, на которые приходится суммарно менее одного процента. Это некоторые органические и неорганические газы, а также аэрозоли. И хотя они составляют такую крошечную долю, их влияние на огромное множество процессов просто колоссально. И как раз сюда относятся аэрозоли — наша главная тема сегодня. Они составляют совсем крошечную массу в воздухе. По некоторым оценкам — менее 0,1% или даже меньше. То есть это мизерная фракция, но эффект от неё огромный. Во-первых, это вопрос качества воздуха. Эти аэрозоли могут попадать в наши лёгкие при вдохе, проходить через альвеолы и сосуды, разносясь по всему организму и влияя на наше здоровье. Но кроме этого, они ещё и влияют на климат. Дело в том, что для формирования облаков в атмосфере нужны именно эти аэрозоли — они служат ядрами конденсации, вокруг которых водяной пар собирается в капли воды или кристаллики льда.

Без аэрозолей облакам было бы крайне сложно сформироваться. То есть, если бы в атмосфере Земли был абсолютно чистый воздух, вообще без единой частицы аэрозоля, облака вряд ли смогли бы появиться. Вот почему эти частицы так важны. 

Учёные изучают аэрозоли уже довольно давно. ещё более 100 лет назад исследователи впервые предположили, что в воздухе должно что-то содержаться для образования облаков. Это стало одним из первых шагов в открытии аэрозолей. Время шло, и за последние 20–30 лет наше понимание аэрозолей значительно улучшилось, но остаётся ещё множество нерешённых вопросов, над которыми мы работаем. 

Под аэрозолями мы обычно понимаем взвешенные в воздухе жидкие или твёрдые частицы, окруженные небольшим количеством молекул воздуха. Это строгое научное определение. Но если говорить простым языком, то это мелкие частицы, которые висят в воздухе и могут оставаться там какое-то время. И здесь есть разница между научным понятием аэрозоля и повседневным — например, когда мы говорим об аэрозолях и лаках для волос в виде аэрозолей. Это разные термины: один строго научный, а другой используется в быту.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Да. И вот, слушая вас, я думаю о том, сколько времени вы посвятили исследованиям, изучению поведения и свойств этих частиц. Мне очень любопытно, что именно привело вас к теме микро- и нанопластика? И почему вы считаете, что сегодня это стало столь важным направлением?

Юэ Чжан, доктор наук

Это направление меня действительно сильно увлекло. В моей лаборатории мы ведем работу по нескольким направлениям. И изучение микро- и нанопластика стало, по сути, очень естественным продолжением того, чем я занимался раньше. До этого я много работал с органическими аэрозолями, с их конкретным типом, который мы называем вторичными органическими аэрозолями. Это компоненты аэрозолей в воздухе, состоящие из органических веществ. Они образуются, когда различные пары органических веществ вступают в реакцию с атмосферными окислителями (такими как озон и другие соединения), постепенно формируя те самые органические аэрозоли, которые потом висят в воздухе.

Я детально изучал их состав, способы их обнаружения в режиме реального времени, а также их влияние на климат. В целом органические аэрозоли важны, поскольку они составляют огромную часть общей массы всех аэрозолей в атмосфере. Поэтому понимание путей их образования критически важно как для климата, так и для здоровья человека. 

А в последнее время мы всё чаще слышим о загрязнении микро- и нанопластиком воды и океана... Есть исследования, которые показывают, что среднестатистический человек может съедать в год количество микропластика, равное весу одной банковской карты, представляете? Подобные данные заставляют задуматься: мы понимаем, насколько велико воздействие микро- и нанопластика через пищу, но как насчёт воздуха? В какой концентрации он там присутствует? Как именно мы его вдыхаем? И как он влияет на наше здоровье при вдыхании, а не при попадании через пищеварительный тракт? Это был один из научных вопросов, который меня заинтриговал и привёл в данную область исследований.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Это очень интересно — такой плавный, естественный переход к изучению микро- и нанопластика. А как именно за последнее десятилетие изменилось наше понимание о микро- и нанопластике в атмосфере, и каково наше нынешнее представление об этом?

Юэ Чжан, доктор наук

Думаю, изначально, когда учёные только начали разбираться с микро- и нанопластиком, фокус был на воде — на пресной и на океанической. А уже затем исследователи начали пробовать собирать пробы воздуха. Самые первые образцы воздуха собирались, по сути, с помощью больших пассивных коллекторов. Мы называем их «пассивными», потому что аэрозоли фактически просто оседают на коллектор — там нет активной прокачки воздуха или чего-то подобного. Представьте, что вы просто выставили на улицу большую металлическую пластину и оставили ее там на какое-то время, чтобы вся пыль, а вместе с ней и частицы микро- и нанопластика, просто на нее осели. И вот спустя неделю или месяц её забирают в лабораторию, чтобы проанализировать, какие крупные частицы осели на эти пассивные пробоотборники. 

Так вот, учёные обнаружили там различные волокна и микропластик, и это стало первым шагом. Стало понятно, что они действительно присутствуют в воздухе. Оказалось, что они имеют разную форму и разный состав. Это подтолкнуло больше специалистов начать использовать другие, более продвинутые приборы, чтобы изучить как эти частицы ведут себя в атмосфере. Учёные начали определять их размеры и выяснили, что одни частицы крупнее, а другие — совсем мелкие. Именно так в воздухе впервые был обнаружен и идентифицирован нанопластик. Другие исследовательские лаборатории сосредоточились на изучении состава. Они обнаружили полиэтилен, полистирол и множество других видов полимерных составов — оказалось, что это не какой-то один тип пластика. В иных лабораториях исследовали их форму и увидели как длинные цепочки волокон, так и мелкие частицы круглой или неправильной формы.

Таким образом, за прошедшее десятилетие мы прошли путь от полного отсутствия информации к колоссальному объёму знаний. Что касается работы моей лаборатории — мы очень заинтересовались именно обнаружением микро- и нанопластика в воздухе в режиме реального времени. Главная причина здесь в том, что количество микро- и нанопластика в воздухе крайне мало. Если отбирать пробы классическим способом, иногда требуются дни, недели или даже месяцы, чтобы собрать массу, достаточную для лабораторного анализа. У нас же есть очень продвинутые приборы для изучения органических аэрозолей, один из которых — аэрозольный масс-спектрометр. Этот прибор способен прокачивать через себя воздух и в режиме реального времени анализировать состав присутствующих в нем аэрозолей, определяя их размер и химический состав.

И вот мы решили взять пробу воздуха прямо за окном нашей лаборатории. Мы вывели трубку через отверстие в окне и подключили к нашему прибору. И к нашему удивлению — а может, и вполне ожидаемо — мы обнаружили, что в воздухе присутствует достаточно ощутимая масса частиц микро- и нанопластика, чтобы наш прибор смог их зафиксировать. Так мы провели и опубликовали наши первые измерения в режиме реального времени. Ну а дальше, в рамках своих исследований я пытаюсь выяснить: каковы их фоновые концентрации в воздухе, как они потенциально влияют на наше здоровье и климат, а также откуда они вообще берутся. Именно за этот проект я недавно получил награду от Национального научного фонда США (NSF) — это пятилетний грант на исследование всех предложенных мной вопросов.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Да, вы так об этом рассказываете, что мне хочется погружаться в эту тему всё глубже и глубже. Во-первых, поздравляю вас с получением гранта! Мне бы очень хотелось узнать больше о ваших исследованиях и текущих результатах, потому что я уверена: впереди ещё много удивительных открытий.
Давайте для начала поговорим о вашей работе. Я видела, что у вас есть очень крутой фургон с кучей оборудования. Думаю, любой студент мечтал бы забраться туда и поучаствовать в измерениях. Как вообще появилась эта идея?

Юэ Чжан, доктор наук

Что касается этого фургона... Честно говоря, я очень удивлен, что вы нашли о нем информацию. Спасибо, что так тщательно подготовились! Я сам в восторге от того, какие измерения мы на нем проводим. Понимаете, в традиционной науке об атмосфере есть... скажем так, три главных столпа, на которых держится химия атмосферы. 

Первый — это эксперименты. Мы проводим различные реакции, чтобы смоделировать происходящее в воздухе, но в строго контролируемых условиях. Такие реакции обычно проводят в проточных реакторах или климатических камерах, где есть искусственное и ультрафиолетовое освещение, куда мы вводим различные вещества и окислители и наблюдаем за ними. Многие из этих процессов воспроизводимы, и мы создаём такие условия, чтобы изучать механизмы реакций и их последствия. Это очень важно.

Второй столп — это атмосферное моделирование. Специалисты берут различные параметры атмосферы и пытаются смоделировать, как протекают химические реакции с учетом того, что воздух постоянно движется. Мы называем их моделями химического переноса, потому что они учитывают не только химические реакции, но и движение атмосферы, и другие физические процессы. Это очень важный инструмент, если мы хотим, например, спрогнозировать качество воздуха на следующий день в Нью-Йорке, Хьюстоне или Вашингтоне — мы вынуждены полагаться именно на такие компьютерные модели.

Ну и третий столп — это натурные измерения, когда мы вывозим приборы на открытый воздух и наблюдаем, что происходит в реальной среде: как меняется концентрация изучаемых веществ на рассвете и на закате, в чём разница между периодами загрязнения и когда воздух чистый. 

Все эти три направления тесно связаны между собой и позволяют нам комплексно понимать химию атмосферы и проблемы загрязнения воздуха.

Моя лаборатория выполняет много экспериментов, мы тесно сотрудничаем со специалистами по моделированию, при этом мы также занимаемся и натурными измерениями с использованием как раз таки исследовательской мобильной лаборатории. Для натурных измерений можно разместить приборы в определенном месте (часто в помещении с кондиционером), вывести трубку наружу и она втягивает воздух внутрь, где собственно стоит всё оборудование. Плюс такого метода в том, что вы находитесь в одной локации и наблюдаете, как изменения параметров окружающей среды влияют на химию воздуха. 

Но если вам нужно охватить широкую территорию, необходимы мобильные измерения. Раньше оборудование часто устанавливали на самолёты и совершали полёты над различными регионами на разных высотах, чтобы отслеживать изменения состава воздуха.

Например, недавно Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) провело масштабное исследование с использованием крупного самолета исследовательской авиации. Они поместили оборудование на борт и совершили полёты над Хьюстоном, Далласом, Остином, Сан-Антонио, западной частью Техаса, а также Нью-Мексико, чтобы оценить проблему загрязнения воздуха. 

Но если вы хотите изучить ситуацию на уровне отдельных районов — допустим, сравнить качество воздуха на соседних улицах или в разных кварталах одного города, — тогда вам нужно что-то среднее: самолет тут не подойдет, так как он охватывает слишком большую площадь, а стационарная станция привязана к одному месту. 

Вот так и появились мобильные измерения, которыми активно занимается моя лаборатория. Мы размещаем наше оборудование в фургоне с электродвигателем или электроприцепе, которые практически не создают собственных выбросов от двигателя. Внутри проведена линия забора наружного воздуха, откуда он распределяется по всем приборам для анализа. И вот когда мы проезжаем на такой мобильной лаборатории по каждой улице и району, мы получаем данные о качестве воздуха в конкретных точках и в итоге формируем детальную карту качества воздуха в масштабах всего города или района.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Вау, это невероятно интересно! Думаю, каждый житель, узнав о вашем фургоне, захотел бы, чтобы вы заехали в его район и проверили там качество воздуха. А вы можете измерять концентрацию микро- и нанопластика с помощью этого фургона?

Юэ Чжан, доктор наук

Да, мы это тоже делаем. Мы измеряем широкий спектр показателей: от основных загрязнителей, которые строго регулируются Агентством по охране окружающей среды (EPA), до новых видов загрязнителей, включая микро- и нанопластик, ПФАС и другие соединения.

Анастасия Пашигрева, доктор наук 

Можете ли вы поделиться своими предварительными выводами по поводу микро- и нанопластика и этих так называемых «вечных химикатов»? Что вам удалось выяснить?

Юэ Чжан, доктор наук

Мы провели ряд мобильных измерений в Хьюстоне, проехав по его промышленным районам, чтобы оценить концентрацию микро- и нанопластика в этих районах. Данные пока предварительные, так как мы всё ещё завершаем их анализ, но главный вывод таков: мы наблюдаем очень сильные колебания концентрации микро- и нанопластика в зависимости от района.

В некоторых местах фиксируется резкий рост концентрации, тогда как в других значения остаются на среднем или низком уровне. Сейчас мы пытаемся понять, почему в одних зонах показатели столь высоки, а в других — ниже. Причиной могут быть какие-то местные источники, например, завод по производству пластика поблизости — он может давать дополнительное загрязнение. Но это также сильно зависит от направления ветра и других факторов. Это первый момент.
Второй момент: при интенсивном сжигании отходов мы заметили как резко возрастает концентрация аэрозолей, характерных для дыма, что вполне логично. Но вместе с этим при процессах сжигания также возрастала и концентрация микро- и нанопластика. Мы полагаем, что процессы горения, особенно сжигание мусора или бытовых отходов, служат одним из важнейших источников попадания микро- и нанопластика в воздух, так как при неконтролируемом открытом горении выделяется огромное количество этих соединений.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Да, абсолютно согласна. Спасибо, что проводите такие измерения и вообще за освещение темы, ведь это чрезвычайно важно. Слушая вас, хочется задавать всё больше вопросов! Я бы хотела подробнее остановиться на процессах мусоросжигания. Их часто рекламируют как один из способов борьбы с пластиковым загрязнением, в том числе микро- и нанопластиком. И это действительно огромная индустрия. Но при этом мы знаем, что даже простое сжигание мусора приводит к образованию микро- и нанопластика. Опираясь на ваши исследования и данные научной литературы, что бы вы назвали главными источниками микро- и нанопластика в атмосфере? И есть ли зоны с повышенной концентрацией микропластика — например, прибрежные территории, сельская местность, города? Что показывают современные данные?

Юэ Чжан, доктор наук

На сегодняшний день один из самых известных источников микро- и нанопластика — это износ автомобильных шин и дорожного покрытия. Когда шины трутся об асфальт, от них отрываются крошечные частицы, и эти частицы шин как раз и классифицируются как один из видов микро- и нанопластика. Они образуются и распространяются вдоль автомобильных дорог и шоссе — это один из путей. 

Второй источник — это отделение волокон от текстиля. И это происходит в основном в помещениях. Классический пример — стирка и сушка одежды. При сушке одежды на фильтре собирается ворс, который помимо самих волокон содержит различные виды микро- и нанопластика. И если во время сушки вентиляция работает недостаточно эффективно, эти частицы могут вылетать из сушильной машины и распространяться в воздухе помещения.
Ещё один источник — разложение пластикового мусора и упаковки. выброшенный пластиковый мусор под воздействием факторов окружающей среды постепенно деградирует, распадаясь на всё более мелкие фрагменты. И в итоге они превращаются в микро- и нанопластик, который либо оседает в воде и почве, либо поднимается в воздух.

Агроплёнки также способствуют попаданию микро- и нанопластика в почву и воздух. Кроме того, ещё одним крупным источником, о котором часто упоминают учёные, являются морские брызги (морской аэрозоль). В океанической воде содержится много частиц микро- и нанопластика, и когда ветер поднимает волны, частицы пластика из океана переходят в воздух. И наконец, как показывают недавние исследования, процессы горения — будь то сжигание мусора на заводах или открытые костры на улице — также приводят к образованию микро- и нанопластика и выбрасывают его прямо в атмосферу. 

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Если говорить обо всех этих источниках, которые вы перечислили, что оказывает большее влияние — морские аэрозоли или автомобильные шины? У нас есть данные на этот счет?

Юэ Чжан, доктор наук

Я бы сказал, что на данный момент вопрос о том, что именно вносит больший вклад в атмосферный микро- и нанопластик, все ещё остается предметом текущих исследований, на который мне ещё предстоит ответить. Лично я считаю, что всё зависит от конкретного региона и местности. Для городских районов, я бы сказал, износ шин и различные виды сжигания отходов на открытом воздухе, а также разлагающиеся пластиковые отходы являются потенциально более крупными источниками загрязнения городского воздуха. Но если люди живут в прибрежных районах или в таких высокогорных, отдаленных регионах, то там источники будут уже другими. В том числе это могут быть морские аэрозоли, которые переносятся на огромные расстояния. Так что понимание того, откуда берутся эти частицы, — это все ещё очень увлекательный, актуальный вопрос, в котором мы пытаемся разобраться. У нас есть некоторые инструменты, позволяющие изучить источники этих различных соединений и попытаться составить карту, чтобы понять, откуда они могут происходить. Ведь как только мы это узнаем, у нас появятся способы снизить их концентрацию в воздухе.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Получается, прямо сейчас мы не можем точно сказать, где концентрация выше — на побережье, в городе или в лесу? Мы можем только догадываться, или есть какие-то оценки?

Юэ Чжан, доктор наук

Я думаю, что на данный момент у нас пока нет единой, полной картины, но есть определенные зацепки. Например, что касается помещений, я бы сказал, что текстильный ворс и осыпание текстильных волокон очень серьезный источник загрязнения воздуха в помещениях из-за нашей бытовой деятельности. А вот что касается внешней среды… Например, мы видели, как концентрация микро- и нанопластика начинает расти при открытом горении, когда появляются очаги возгорания или дым. Мы это фиксируем, но трудно обобщать и утверждать, что весь городской воздух загрязняется в основном за счет пожаров или сжигания мусора на улице. Нам всё ещё нужно больше данных, чтобы выяснить, где именно находятся источники загрязнения. Из-за того, что источников микро- и нанопластика в воздухе так много, их вклад в конкретной точке будет сильно меняться и во времени, и в пространстве в зависимости от того, находитесь ли вы рядом с определенными источниками.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Да, я понимаю. Вы упомянули помещения — мы ведь проводим в них 90% нашего времени. Если говорить о концентрациях, то где безопаснее: дома или на улице? Если, конечно, не брать в расчет экстремальные ситуации, вроде пожаров поблизости.

Юэ Чжан, доктор наук

Я бы сказал, что многие исследовательские группы сравнивают воздух в помещениях и на улице, потому что там совершенно разные проблемы с качеством воздуха и разные источники загрязнения. Если говорить конкретно о микро- и нанопластике, то некоторые исследования показывают, что концентрация в помещениях в определенные периоды времени может быть выше, чем на улице (опять же, если мы не берем в расчет сильное уличное загрязнение). 

Причина в том, что в помещениях микропластик поступает из синтетического текстиля — многие вещи, которые мы носим, содержат волокна и пластик. Мебель тоже вносит огромный вклад в загрязнение воздуха пластиком. Кроме того, в помещениях пыль постоянно поднимается с пола и поверхностей, возвращая микропластик обратно в воздух. Такие исследования есть, но они касались в основном микропластика, то есть более крупными соединениями  — то есть более крупных пластиковых частиц. А вот что касается более мелких пластиковых частиц, нанопластика, то здесь исследований пока не так много, чтобы точно сказать, где его больше — дома или на улице. Так что этот вопрос все ещё остается открытым и требует изучения.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Да, для меня это в некотором роде неожиданно — даже не то чтобы неожиданно, но действительно интересно узнать, выше уровень или нет, хотя я очень надеялась, что находиться внутри безопаснее. Думаю, большинство людей думают так же, но ведь у нас дома действительно так много источников микропластика. И если посмотреть на цифры — если говорить об измерениях микро- и нанопластика — не могли бы вы объяснить, насколько вообще значим микро- и нанопластик по сравнению с обычной пылью? Если сравнивать в целом. И почему нас это должно так волновать? Почему это так важно?

Юэ Чжан, доктор наук

Это ещё один отличный вопрос. Если говорить о микро- и нанопластике, то их количество и массовая концентрация в воздухе на самом деле довольно малы по сравнению с другими аэрозолями. Общая масса пластика, наверное, всего 1% или даже менее 1% от общего количества аэрозолей в воздухе. Но то, что их масса мала, вовсе не означает, что они не важны. И на это есть несколько причин.

Во-первых, использование и производство пластика нами, людьми, растет — некоторые эксперты говорят о геометрической прогрессии. При таком экспоненциальном росте производство значительно увеличилось. Знаете, приведу пример с ковидом. В свое время скорость заражения ковидом тоже росла экспоненциально: за очень короткий период времени огромное количество людей оказалось инфицировано. То же самое происходит и с микро- и нанопластиком, потому что производство пластика растет экспоненциально. И если сейчас мы видим лишь небольшую массу этих частиц, то в ближайшие десять-двадцать лет их количество может увеличиться многократно из-за этого экспоненциального роста. Поэтому мы хотим изучить эту проблему до того, как она станет главным фактором загрязнения воздуха. Это первая причина.

Вторая причина заключается в том, что даже несмотря на относительно малую массу, пластик невероятно устойчив — он не разлагается так уж легко. Когда мы вдыхаем или едим различные соединения или вещества, наши лёгкие могут поглощать многие виды загрязнителей воздуха, но многие из них являются органическими, а органика может растворяться в воде и переноситься — в конечном итоге она может выводиться из организма или метаболизироваться.
А вот что касается пластика — это синтетический, искусственный материал созданный человеком. Он не растворяется в воде, и нашему организму очень трудно его переработать, поэтому он просто постепенно там накапливается. Таким образом, даже если его масса сейчас мала, со временем воздействие может стать весьма высоким, просто потому что он никуда не исчезает. В отличие от многих других органических веществ, которые могут постепенно окисляться и удаляться в течение нескольких дней или недель, с микро- и нанопластиком этого не происходит. Поэтому его влияние на здоровье может оказаться гораздо серьезнее именно из-за его стойкости.

Ну и третья причина: многие атмосферные процессы на самом деле зависят не только от их массы или количества частиц, но и от их свойств. Некоторые исследователи полагают, что микро- и нанопластик может очень эффективно участвовать в образовании определенных типов облаков, а это уже может привести к изменению климата. Так что вот вам еще одна причина, почему, несмотря на малую массу, мы так сильно этим интересуемся.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Ого, это серьёзная задача. Говоря об экспоненциальном росте, думаю по мере того как мы продвигаемся вперед и создаем все более совершенные методы измерений и точные приборы, мы можем видеть всё более и более мелкие частицы. И, судя по исследованиям океана, мы наблюдаем, что по мере перехода к более мелким частицам их количество растет экспоненциально. И мы также знаем из исследований океана, что микропластик непрерывно разрушается и дробится на нанопластик. Таким образом, количество нанопластика непрерывно растет естественным путем — он образуется из того, что уже есть в природе. И при этом мы знаем из исследований, что нанопластик гораздо токсичнее микропластика. Это ведь тоже должно вызывать серьезные опасения, верно?

Юэ Чжан, доктор наук

Да, это очень верные замечания.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Раз уж мы говорим о пластиках и их свойствах, не могли бы вы рассказать подробнее о том, что происходит, когда эти частицы микро- и нанопластика попадают в атмосферу, и как они меняются?

Юэ Чжан, доктор наук

Зачастую они попадают в атмосферу в процессе разрушения крупного пластикового мусора. Очень часто, по мере того как частицы становятся всё мельче и мельче, их сопротивление воздуху возрастает, что препятствует осаждению частиц под действием силы тяжести. В какой-то момент их размер становится настолько крошечным, что они могут просто оставаться в воздухе в течение достаточно длительного времени. Именно так они и попадают в атмосферу.

Другой путь заключается в том, что когда мы сжигаем подобный мусор и прочие вещи, часто горячий воздух поднимается вверх, и многие органические и неорганические соединения в этой высокотемпературной среде становятся более летучими. Но по мере снижения температуры эти летучие вещества начинают постепенно повторно конденсироваться образуя органические аэрозоли. Это еще один способ, как пластик и другие вещества попадают в воздух. 

Образование морского аэрозоля также связано с ветровыми процессами — ветер постоянно гонит океанскую воду, создает волны, и эти волны разбиваются на более мелкие капли, которые остаются в воздухе. А по мере испарения воды то, что в ней оставалось, включая соли, пластик и другие материалы, просто остается парить в воздухе.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Спасибо. Да, все ваши ответы дают так много пищи для размышлений. Спасибо огромное, что делитесь знаниями — это действительно потрясающая возможность узнать больше.
Итак, если частицы становятся меньше… Из физики мы знаем, что когда размер частиц составляет около 100 нанометров, они перестают вести себя как твердые тела. Это меняет их транспортные свойства, меняет то, как они себя ведут, и, конечно же, это влияет на фильтрацию. Ведь если у нас крупные частицы, мы можем просто использовать фильтры — взять мелкопористый фильтр, который всё задержит. Но с мелкими частицами это не работает, верно? Так что же происходит при переходе к более мелким частицам?

Юэ Чжан, доктор наук

Это вы хорошо подметили, что с изменением размера аэрозолей меняются их свойства. Вы абсолютно правы: когда частицы крупнее, они ведут себя скорее как привычные нам твердые шарики или капли жидкости. Но по мере того как эти аэрозоли уменьшаются в размерах, граница между самой частицей и молекулами воздуха начинает немного стираться, становится «размытой». Из-за своего крошечного размера они начинают гораздо чаще взаимодействовать с молекулами газа. 

Есть целое направление исследований — физика аэрозолей, — где учёные пытаются изучать эти более мелкие аэрозоли. И, как вы упомянули, когда они становятся меньше 100 нанометров (или даже меньше 3–5 нанометров), их поведение становится всё более похожим на поведение молекул газа. Они могут находиться во взвешенном состоянии в воздухе неделями или даже месяцами, и фактически передвигаться по искривленной траектории вместо прямой, по которой двигался бы обычный аэрозоль при столкновении со стеной или препятствием. То есть меняется очень многое.
Кроме того, их масса становится все меньше и меньше, поскольку с уменьшением размера объем сокращается в кубе. Поэтому, как только они достигают определенного размера, их масса становится настолько мала, что вам приходится собирать пробы в течение очень, очень долгого времени, чтобы накопить достаточное количество вещества, которое прибор вообще сможет засечь.

Со всеми этими трудностями мы и сталкиваемся, особенно при изучении нанопластика. Нанопластиком считаются частицы размером менее тысячи нанометров, или одного микрометра, и при таком размере мы фактически переходим в область, где этот нанопластик может оставаться в воздухе днями, а то и неделями, что позволяет ему переноситься на дальние расстояния. Если вы выбросите этот нанопластик в одном месте, тоза пару недель он может перелететь на другой континент или вообще разнестись по всему миру, потому что он способен оставаться в воздухе очень долго. Но при этом их масса настолько мала, что многим приборам невероятно сложно обнаружить частицы размером менее 50 нанометров в реальном времени. Да, некоторые приборы еще с этим справляются, но это становится всё более сложной задачей. Вот с какими проблемами мы сталкиваемся сейчас при изучении этих крошечных наночастиц, особенно тех, что находятся на нижней границе нанодиапазона.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Понятно. А если говорить о мелких частицах, как высоко они могут подниматься? Вы сказали, что они ведут себя как газ. А мы знаем, что газообмен происходит вплоть до самых верхних слоев атмосферы. Что нам вообще известно о тех слоях, которые находятся выше тропосферы? Что там происходит? Может ли быть так, что нанопластик скапливается и в верхних слоях атмосферы? И какими могут быть потенциальные последствия этого?

Юэ Чжан, доктор наук

Изучая эти мелкие частицы нанопластика — да и аэрозоли в целом — ученые поначалу сосредотачивались на их распределении и концентрации в самой нижней части тропосферы, которую мы называем пограничным слоем. Именно там происходит основная часть нашей жизнедеятельности. Там же концентрируются выбросы от промышленных источников, и всё это находится в пределах приземного слоя. Мы считаем, что там происходит относительно хорошее перемешивание, поскольку воздух там постоянно движется вверх-вниз, смешивая всё содержимое.

Но если пройдет достаточно времени, многие аэрозоли могут проникнуть через этот пограничный слой и подвергнуться так называемому переносу на дальние расстояния. Это процесс, связанный с движением огромных воздушных масс — скажем, из западной части США в восточную в пределах континента, или между континентами — из Северной Америки в Европу или Азию. Это то, что касается перемещения по горизонтали.
Но есть и вертикальный перенос.

Тропосфера — это нижняя часть атмосферы, она простирается примерно до высоты 8-12 километров, и уникальность здесь заключается в том, что по мере увеличения высоты температура воздуха начинает падать. Но как только вы преодолеваете верхнюю границу тропосферы, вы попадаете в слой, называемый стратосферой, который в прошлом был недостаточно изучен, но сейчас вызывает большой интерес.

Стратосфера очень важна для формирования озонового слоя, который всех нас защищает — именно поэтому в 80-х годах так много внимания уделялось проблеме озоновых дыр, тогда к стратосфере было приковано много внимания. Но недавние исследования многих лабораторий также показали, что в стратосфере тоже содержится большое количество аэрозолей. Особенно их много во время масштабных лесных пожаров или, скажем, извержений вулканов, которые могут выбрасывать колоссальное количество аэрозолей прямо в стратосферу. Поскольку воздух в стратосфере движется в основном по горизонтали — там почти нет вертикальных потоков, — как только аэрозоль попадает в стратосферу, он может оставаться там годами, прежде чем осядет обратно на поверхность Земли. И это имеет огромные последствия для климата. Поэтому сейчас ученые пытаются понять: если пластик попадает в эти высокие слои атмосферы, как именно он может повлиять на наш климат?

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Это удивительно, что пластик может подниматься так высоко. но меня действительно интересуют свойства микро- и нанопластика, ведь они уникальны и отличаются от обычной пыльцы или пыли. Не могли бы вы рассказать подробнее об этих свойствах и о том, как они влияют на поведение частиц в атмосфере — возможно, о том, насколько важны размер, форма, плотность, состав или электрический заряд — ведь это целый ряд факторов.

Юэ Чжан, доктор наук

Это так. Существует очень много различных аспектов микро- и нанопластика, представляющих интерес по сравнению с традиционными аэрозолями. Многие из этих частиц действительно имеют совершенно уникальную форму. Что касается традиционных аэрозолей, то, поскольку мы полагаем, что они в основном образуются из жидкого или полутвёрдого состояния, они чаще всего сохраняют почти круглую форму. У них всё же могут быть неровные края, особенно у различных видов твёрдых частиц или пыли — они могут иметь неровные края или быть похожими на пыльцу, не имея строго сферической формы, — но обычно они соответствуют тому, что мы считаем округлой или эллиптической формой. А вот пластиковые частицы, особенно волокна из текстиля, имеют протяжённую форму, а иногда представляют собой длинные нити, скрученные в спирали — у многих из них форма действительно уникальна. Так что я бы сказал, что это одно из существенных отличий.

Дело ещё и в том, что в самом микро- и нанопластике, помимо полимеров, составляющих его основную структуру, присутствуют различные химические вещества, добавляемые в пластик для придания ему большей эластичности, а также красящие добавки. Эти пластификаторы и красители также встроены в структуру пластика, что значительно отличает их от других типов аэрозолей.
Что касается большинства органических аэрозолей в атмосфере, то обычно мы считаем, что они обладают какими-то свойствами жидкости — либо в жидком состоянии, либо в полутвёрдом, больше похожем на смолу, кетчуп или арахисовое масло, которые имеют кашицеобразное базовое состояние. Но частицы микро- и нанопластика в основном представляют собой чистое твёрдое вещество — они не находятся в жидкой или полутвердой фазе, а сохраняют очень твёрдые, жёсткие свойства. Таким образом, многие из этих уникальных свойств отличают их от традиционных аэрозолей, но также создают проблемы с точки зрения здоровья и климата, поскольку они уникальны и отличаются от остальных.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Я хотела бы узнать ваше мнение о заряде микро- и нанопластика, поскольку известно, что эти частицы обладают поразительной способностью накапливать и удерживать заряд, и это, по-видимому, влияет на многие их свойства — в том числе на то, как они ведут себя в окружающей среде и внутри живых организмов. Итак, каково ваше видение вопроса о заряде микро- и нанопластика и каково может быть их воздействие на атмосферу?

Юэ Чжан, доктор наук

Это относительно малоизученный, но очень интересный аспект; однако пока что не было проведено достаточно исследований, посвящённых электрическим свойствам микро- и нанопластика в воздухе. Пластик в целом способен удерживать значительный заряд, поэтому вполне вероятно, что он может обладать таким электростатическим зарядом, из-за чего частицы либо отталкиваются друг от друга, либо слипаются. Это также может влиять на скорость их осаждения из воздуха и даже на их взаимодействие с каплями облаков. Я считаю, что многие из этих вопросов действительно очень интересны и, честно говоря, представляют собой весьма многообещающие открытые проблемы, которым нам необходимо уделить больше внимания, чтобы понять, как они могут влиять на все эти различные процессы, учитывая их уникальные свойства по сравнению с другими органическими материалами в воздухе. 

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Когда я изучала атмосферу, одним из удививших меня свойств оказалось то, что атмосфера представляет собой полноценную электрическую систему, и для меня было по-настоящему поразительно узнать, какова разность потенциалов между нижними и верхними слоями. Мы понимаем, что это действующая электрическая система: облака также работают на электричестве; и существует множество процессов, связанных с электричеством. И мне действительно интересно, каков был бы эффект от присутствия этих заряженных частиц, мелких заряженных частиц, по всей атмосфере? Не могли бы вы поделиться своим пониманием и мыслями на этот счет?

Юэ Чжан, доктор наук

Я думаю, что во многих случаях, если в атмосфере действительно присутствует такое большое количество этих частиц, то это, во-первых, повлияет на поведение многих других аэрозолей, поскольку некоторые аэрозоли также заряжены, и между ними могут возникать взаимодействия: либо отталкивание, либо притяжение. Во-вторых, мне очень интересно было бы узнать, как это может повлиять на молнии или другие процессы накопления зарядов в атмосфере. Главная причина заключается в том, что для возникновения молнии (мой коллега Тим Логан проделал большую работу в этой области) в облаках должно происходить разделение слоёв зарядов, где и может образоваться молния. Поэтому, если там скапливается большое количество аэрозолей микро- и нанопластика, и если их концентрация значительна, то, возможно, это потенциально может изменить процесс электризации, сделав возникновение молний либо более вероятным, либо менее вероятным. Но это пока открытые, гипотетические вопросы. Я думаю, это показывает, насколько интересным быть поведение микро- и нанопластиков при их большом количестве, если наше потребление и производство пластика будут по-прежнему расти в геометрической прогрессии.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Вы знаете, Глобальный исследовательский центр «АЛЛАТРА» собирает данные о стихийных бедствиях, в том числе о молниях, и эти данные свидетельствуют о недавнем увеличении числа молний, особенно в некоторых регионах — цифры растут, и существенно. Вы провели действительно интересную связь, и мне было бы очень любопытно узнать, к каким выводам вы придете в этой области. В нашем разговоре вы несколько раз упоминали об обнаружении нанопластика, и я хотела спросить вас, как человека, глубоко вовлечённого в экспериментальную работу: что является самой сложной частью при определении концентрации микро- и нанопластика? Это отбор проб, идентификация, количественное определение или их отличие от других частиц? В ч`м заключаются основные трудности?

Юэ Чжан, доктор наук

Я бы сказал, что одной из проблем, которую я считаю довольно значительной, является их низкая концентрация в воздухе. Поскольку их концентрация относительно низкая, для их обнаружения обычно требуется больше времени на отбор проб, и зачастую, когда мы проводим измерения в режиме реального времени, если концентрация слишком мала, она становится очень близкой к пределу обнаружения, что затрудняет их выделение из шума. Так что это один из моментов, который я бы учёл. Другой аспект заключается в том, что на данный момент у нас ещё нет на 100 % отработанного инструмента для их анализа и отделения от других органических аэрозолей.
Органические аэрозоли в целом очень сложны — известно тысячи их видов — поэтому учёные разработали различные способы их классификации по категориям. Сам микро- и нанопластик также может состоять из множества различных материалов, поэтому идентифицировать каждый их тип, а затем объединить их в одну группу микро- и нанопластика в целом — тоже сложная задача. Нам требуется больше инструментов и знаний, чтобы сначала выделить их, а затем понять, что они из себя представляют. Таким образом, это различные аспекты, которые, на мой взгляд, на данный момент могут представлять сложность, но мы также работаем над решением этой проблемы с помощью более совершенных приборов, более низких пределов обнаружения и разработанных мной методов непрерывного анализа, позволяющих изучать каждый тип микро- и нанопластика в воздухе.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Огромное спасибо, что занимаетесь этой темой. Мне кажется, нам действительно необходимы новые открытия и технологии, чтобы до конца во всём разобраться. У меня есть ещё один вопрос. Вы уже затронули тему влияния на здоровье и упомянули, что микро- и нанопластик сильно влияет на химию атмосферы, а также воздействие на человека. Вы говорили, что из-за того, что микропластик ведёт себя по-разному, наш организм тоже усваивает его по-разному. Что вы думаете о разнице воздействия того, что мы вдыхаем, и того, что едим? В каком случае в нас попадает больше частиц: при дыхании или через пищеварение?

Юэ Чжан, доктор наук

Я бы сказал так, если брать именно общую массу микро- и нанопластика, то при проглатывании к нам, скорее всего, попадает больший объём. Всё дело в том, что в нашей еде и воде, которую мы пьём, содержится больше довольно крупных частиц микропластика. И когда они попадают в пищеварительную систему, часть из них просто проходит сквозь неё.

Но, с другой стороны, я хочу отметить, что токсичность и влияние на здоровье при проглатывании и при вдыхании — это совершенно разные вещи. Потенциально, микро- и нанопластик может вызывать больше проблем со здоровьем именно при вдыхании, а не через пищеварение. Хотя, мы всё ещё пытаемся до конца в этом разобраться.
Дело в том, что когда мы что-то едим, многое в итоге естественным путем выводится обратно. К примеру, если вы съели микро- или нанопластик вместе с едой, велика вероятность, что большая часть этих частиц через время просто выведется из организма. А вот когда вы вдыхаете микро- и нанопластик, то, несмотря на их относительно низкую концентрацию в воздухе, они могут оставаться в лёгких очень надолго. И их влияние на лёгкие может быть весьма серьёзным.

И есть ещё один момент: когда пластик переходит в категорию нанопластика или совсем мелкого микропластика, эти частицы могут оседать очень глубоко в лёгких, проникать в кровоток и циркулировать по всему телу.

Исследования в области токсикологии и общественного здравоохранения показывают, что частицы размером с нанопластик действительно способны разноситься по разным органам внутри нашего тела и оставаться там надолго. А самые крошечные из них могут даже преодолевать так называемый гемато-энцефалический барьер. Это своего рода щит между человеческим мозгом и остальным телом, который не дает проникать туда всяким «недружелюбным» веществам. Но как только размер частиц уменьшается до определенного уровня, они легко пробивают эту защиту и попадают прямо в мозг человека. И есть подозрения, что накопление такого пластика может приводить к долгосрочным последствиям для здоровья — например, даже к деменции.
Сейчас учёные активно это исследуют. Вот почему я считаю, что, хотя общая масса частиц, попадающих через проглатывание, скорее всего, больше, ущерб здоровью именно от их вдыхания может быть куда более существенным.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Да, это действительно вызывает серьёзные опасения. Уже известно, что концентрация микро- и нанопластика в мозге выше, чем в других органах. И хотя наш мозг вроде как защищен от остальных систем организма, то есть голова как бы отделена барьерами, да? Но вдыхание воздуха с микро- и нанопластиком означает, что эти частицы могут проникать прямо через нос и обонятельный нерв, а вот это очень пугает, особенно когда речь идет о таких крошечных частицах.

Я бы также хотела поговорить с вами о переработке отходов. Мы ведь часто слышим, что это один из способов решить проблему, в том числе и проблему пластика, микро- и нанопластика. Говорят нужно всё перерабатывать. Но учёные, изучающие эту тему, с удивлением обнаружили, что в районах рядом с заводами по переработке в почве содержится гораздо больше микро- и нанопластика.
Вы упоминали, что тоже измеряли качество воздуха вокруг таких предприятий. Не могли бы вы поделиться, что вы выяснили? И как мусоросжигательные заводы, предприятия по переработке и вообще процессы обращения с отходами влияют на микро- и нанопластик? Возможно, они создают новые частицы с совершенно другим химическим составом? Достаточно ли у нас исследований, чтобы это понимать?

Юэ Чжан, доктор наук

Сжигание и переработка абсолютно точно генерируют новые частицы за счет различных физических и химических процессов. Что касается микро- и нанопластика, в одном из наших исследований (которое, кстати, опубликовано в журнале Environmental Science and Technology) мы обнаружили следующее: когда воздушные массы идут со стороны мусоросжигательного завода, мы видим резкий скачок концентрации микро- и нанопластика в воздухе. В связи с этим мы считаем, что эта корреляция вполне указывает на причинно-следственную связь — то есть процесс сжигания мусора действительно выбрасывает в воздух частицы микро- и нанопластика.

И это также совпадает с нашими недавними мобильными измерениями в Хьюстоне. Мы заметили, что чем больше в воздухе аэрозолей от горения, тем выше концентрация микро- и нанопластика.
Кроме нас, подобные исследования проводят и другие лаборатории, например, в Университете Торонто. Учёные сжигали различные виды пластика, чтобы посмотреть, что при этом выделяется. И они подтвердили, что при сжигании пластиковых материалов также могут выделяться микро- и наночастицы. Причем их свойства очень сильно отличаются от исходного материала, потому что воздействие высоких температур химически меняет состав этого микро- и нанопластика.

Юэ Чжан, доктор наук

Так что, я думаю, на эту область стоит обратить пристальное внимание. Особенно когда речь идёт о нанопластике: он гораздо мельче и может находиться в воздухе намного дольше. Сам процесс выбросов здесь может играть ключевую роль.
Переработка и утилизация отходов тоже очень важны, потому что они обычно дают два разных эффекта. Во-первых, если процесс происходит на открытом воздухе, огромное количество пластиковых отходов может перемалываться, измельчаться под воздействием погодных условий и просто подниматься в воздух. Во-вторых, из-за утечек и через грунтовые воды этот пластик может смешиваться с почвой и водой, в итоге попадать в океаны или озера, а оттуда, уже в виде аэрозолей, снова подниматься в воздух. Вот эти разные пути нам и нужно изучать и понимать.

Я бы ещё добавил, что износ автомобильных шин сейчас становится очень серьёзной проблемой как источник микро- и нанопластика в воздухе, да и вообще как фактор загрязнения атмосферы. Особенно на фоне того, что выбросы из выхлопных труб двигателей сейчас значительно сократились, из-за чего фактор износа шин вышел на первый план.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Да. И, знаете, вот что интересно: мы ведь заговорили об альтернативах перерабатывающим заводам. Если они сами становятся источником микро- и нанопластика, может, нам стоит поискать другие варианты? Или есть какие-то способы сделать саму эту технологию более безопасной?

Юэ Чжан, доктор наук

Да, безусловно, есть разные подходы к этому процессу. Существуют альтернативные решения, которые помогут сделать эти технологии безопаснее — это абсолютно точно. С другой стороны, если говорить о процессе сжигания мусора, можно устанавливать различные фильтры, внедрять дополнительные системы очистки воздуха. То есть прямо во время сжигания стараться максимально снизить выбросы в атмосферу.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Знаете, я ведь имею непосредственный опыт работы в промышленности, и мы там всегда мыслим категориями полного жизненного цикла. По сути, если вы ставите фильтр, рано или поздно срок его службы подойдет к концу и вам всё равно придется придумывать, как утилизировать этот фильтр, забитый микропластиком. Плюс есть и другие сложности, о которых мы с вами уже говорили: когда дело доходит до совсем уж крошечных частиц, системы фильтрации должны становиться всё сложнее и сложнее. Так что это порождает целую массу проблем.
И, наверное, самый главный вопрос, который мы слышим постоянно: можем ли мы как-то снизить воздействие на людей, особенно если речь идет о микро- и нанопластике, который находится в воздухе?

Юэ Чжан, доктор наук

Да, чтобы снизить воздействие, есть один действительно хороший способ. По сути, всё то же самое, что и с обычными аэрозолями. Для помещений я бы настоятельно рекомендовал использовать очиститель воздуха — он отлично помогает снизить концентрацию различных загрязнителей. Это, безусловно, один из самых эффективных методов. Очистители, кстати, бывают разные и они не обязательно должны быть дорогими. Главное, чтобы они могли улавливать мелкие аэрозоли.

Мы называем их HEPA-фильтрами. Вот этот тип фильтров очень эффективно справляется с мелкими частицами, включая микро- и нанопластик в воздухе. Так что их очень рекомендуют. Иногда люди даже делают их сами: просто берут вентилятор и заказывают фильтр в интернете. Есть много инструкций, как собрать такую штуку самому баксов за 20–30. Получается совсем недорого и очень здорово помогает, если не хочется тратиться на заводскую модель.

Что ещё, как мне кажется, будет полезно — это постараться ограничить контакт с источниками пластика в быту. Например, если вы стираете и сушите вещи, возьмите за правило регулярно проверять и чистить фильтры в сушильной машине, чтобы они улавливали как можно больше этих пластиковых волокон. Ну и, конечно, стоит следить за качеством воздуха на улице: если оно оставляет желать лучшего, старайтесь оставаться в помещении и не вдыхать уличный воздух без необходимости.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

А если говорить об улице — есть ли способ снизить воздействие микро- и нанопластика там?

Юэ Чжан, доктор наук

Что касается улицы... Знаете, люди часто ходят по улице вдоль дорог. Есть исследования, которые показывают, что расстояние от места жительства человека до крупной автомагистрали сильно влияет на его здоровье. У людей, которые живут вблизи шоссе — а там огромное количество загрязнителей от выхлопов и стирания шин, включая микро- и нанопластик, — у них заметно возрастает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Так что лучше держаться подальше от источников горения, оживленных трасс и автомобильных выхлопов — это отличный способ защитить себя от загрязнителей в уличном воздухе.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Профессор Чжан, мы уже приближаемся к концу нашей беседы, и я хотела бы спросить: какими вы видите три главных приоритета в исследованиях на ближайшее десятилетие? Или, скажем так, на какие вопросы нам нужно ответить, прежде чем мы сможем полностью понять влияние микро- и нанопластика на окружающую среду, климат и наше здоровье? Что бы вы выделили?

Юэ Чжан, доктор наук

Это очень важные вопросы. На мой взгляд, во-первых, с чисто химической точки зрения, было бы здорово стандартизировать процессы отбора проб и идентификации микро- и нанопластика, а также методы изучения его химических реакций и путей «старения» в воздухе. Сейчас существует так много различных технологий для анализа этих частиц в атмосфере. Их можно наблюдать визуально, можно использовать разные приборы для оценки их свойств, массы или количества. Но было бы крайне полезно сопоставить все эти методики, стандартизировать их, чтобы все чётко понимали плюсы и минусы, преимущества и ограничения каждой технологии. Я считаю, что такая стандартизация очень важна.

Во-вторых, очень важно понять сами атмосферные процессы. Например, как быстро эти частицы химически «стареют» в атмосфере? Какова скорость этих реакций и химическая кинетика? А также, как эта атмосферная часть цикла микро- и нанопластика связана с тем, что происходит в океанах и почве? Каков вообще вклад атмосферного микро- и нанопластика в общее загрязнение окружающей среды? Это второе.

Ну и в-третьих, необходимо глубоко изучить последствия — влияние на здоровье и на климат. Как всё это отразится на токсикологии? Как это воздействует на лёгкие, на клетки при длительном контакте? Может ли это привести к долгосрочным проблемам со здоровьем, включая ту же деменцию? А также могут ли эти пластиковые частицы усиливать или как-то изменять процессы образования облаков? 

Вот это три главных вопроса, в которых мне бы очень хотелось разобраться. И, кстати, некоторые из них как раз включены в мой текущий проект по гранту NSF (Национального научного фонда).

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Да, звучит здорово. Я очень надеюсь, что мы будем быстро продвигаться во всех этих направлениях. Мы уже видим много позитивных откликов от EPA (Агентства по охране окружающей среды), в США запущена программа СТОМП (Систематическое обнаружение микропластика). Но, безусловно, нужно всё больше ресурсов и больше таких учёных, как вы. На самом деле очень здорово наблюдать, как всё это развивается.

Ну а чтобы закончить на позитивной ноте: что вселяет в вас оптимизм в этой сфере? Что заставляет вас верить, что мы движемся в правильном направлении?

Юэ Чжан, доктор наук

Мы сегодня много говорим о проблемах, связанных с аэрозолями, микро- и нанопластиком, и о путях их решения. И да, мы пытаемся в этом разобраться, потому что это острые, насущные вопросы. Но с другой стороны, я хочу сказать всем нашим зрителям вот что: на протяжении последних нескольких десятилетий качество воздуха во всем мире, особенно во многих странах, на самом деле улучшается. Потому что мы осознали проблему загрязнения воздуха и начали активно с ней бороться.

В США качество воздуха за последние десятилетия стало значительно лучше. Выбросы из выхлопных труб автомобилей резко сократились благодаря разработке катализаторов, а также благодаря работе Агентства по охране окружающей среды. Они постоянно мониторят ситуацию, работают с правительствами штатов и муниципалитетами, чтобы воздух, которым мы дышим, соответствовал нормам и был безопасен для здоровья.

И это происходит не только в США или Европе, но и во многих развивающихся странах. В Китае и во многих регионах Азии качество воздуха за последние десять лет тоже сильно улучшилось — просто потому, что пришло понимание проблемы. Поэтому я искренне верю: да, постоянно будут возникать какие-то новые вызовы, мы всегда будем сталкиваться с чем-то новым, что непреднамеренно попадает в атмосферу. Но я верю, что вместе мы сможем найти решения, справиться с этим и сделать наш мир чище и здоровее — и для нас, и для следующих поколений.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Да. Огромное спасибо, что поделились. Это действительно вдохновляет. И если подводить итог нашей сегодняшней встрече — какую главную мысль вы хотели бы оставить нашим слушателям?

Юэ Чжан, доктор наук

Знаете, мне очень нравится одна мысль, которую я как-то прочитал, и я хочу ею поделиться. Атмосфера — это невероятно тонкий слой вокруг Земли. Если сравнить Землю с яйцом, то атмосфера — это как яичная скорлупа, или даже ещё тоньше. Но именно в этом тончайшем слое каждый живой организм, включая нас с вами, делает свой вдох. И именно поэтому понимание воздуха — это настолько важная задача и для нас, и для каждого живого существа на Земле.

Анастасия Пашигрева, доктор наук

Спасибо огромное, что поделились. Для меня было огромным удовольствием пообщаться с вами — я узнала очень много нового! Спасибо за все ваши мысли, особенно за то, что помогаете понять, как микро- и нанопластик влияет на атмосферу и окружающую среду. Спасибо за ваш огромный вклад. Я искренне желаю вам успехов, пусть ваша команда растёт, чтобы мы смогли найти ответы на ещё большее количество вопросов.

Юэ Чжан, доктор наук

Спасибо большое, что пригласили!

Анастасия Пашигрева, доктор наук

И спасибо нашим слушателям за то, что были сегодня с нами. Эта область науки развивается очень стремительно, и оставаться в курсе событий крайне важно. Ссылки на исследования доктора Чжана и на отчёт Глобального исследовательского центра «АЛЛАТРА» «Нанопластик. Систематический анализ рисков для здоровья человека, экосистем и окружающей среды» вы найдете в описании. Увидимся в следующем выпуске!