Мал, да удал: как микропластик влияет на климат

Учёным хорошо известно, что пластик влияет на изменение климата. Ведь его производство начинается с добычи нефти и природного газа, продукты обработки которых используют при создании пластмасс. Поэтому углеродный след пластика возникает задолго до того, как из него делают бутылку или пакет. Наиболее энергоёмкий этап при его производстве — паровой крекинг, при котором углеводороды нагревают до высоких температур, чтобы получить этилен и другие компоненты для производства полимеров. По оценке доклада CIEL, в 2015 году производство семи наиболее распространённых пластиковых смол в одной только Северной Америке сопровождалось примерно 67,9 млн тонн выбросов парниковых газов в CO₂-эквиваленте, включая выбросы от добычи использованной нефти и природного газа. Это почти как выбросы парниковых газов Австрии, в которой живёт более 9 миллионов человек. К 2030 году этот показатель может увеличиться до 92,4 млн тонн. Этот огромный углеродный след наследует и микропластик. Но может ли он влиять на климат по-другому? В конце концов, микропластик был найден практически в каждом уголке земного шара, и в природе вещества не просто существуют сами по себе, а активно взаимодействуют друг с другом. И может ли микропластик влиять на климат значительно?

Микропластик может попадать в атмосферу после того, как он становится достаточно лёгким для того, чтобы его поднимал ветер. Так, он уже был найден в облаках. Большинство обнаруженных частиц гигроскопичны и могут служить ядрами конденсации облачного льда и капель, что, по мнению учёных, способно влиять на климат. Подробнее про загрязнение воздуха микропластиком вы можете почитать в нашем обзоре.

В Тихом океане находится Большое тихоокеанское мусорное пятно — гигантский водоворот пластикового мусора, площадь которого более чем вдвое превышает размер Иркутской области. Это мусорное пятно — важный источник атмосферных микро- и нанопластиков и, согласно новому исследованию, оказавшись в атмосфере, они начинают влиять на климат.

Предыдущие работы часто предполагали, что частицы прозрачны, из-за чего их вклад в потепление считался очень малым, но реальность оказалась иной: учёные обнаружили частицы всех цветов радуги. Оказалось, что окрашенный пластик поглощает примерно в 75 раз больше света, чем непигментированный. Размер тоже имеет значение, хотя и в меньшей степени. Чем меньше частица, тем больше света она способна поглотить, причём нанопластик, будучи крошечным дольше витает в воздухе и при одинаковой массе поглощает значительно больше солнечной энергии, чем микропластик.

Хотя в глобальном масштабе этот эффект может казаться малым, он не является незначительным: по мнению учёных нагревательный эффект микро- и нанопластика это примерно 16% от нагревательного эффекта сажи на климат. А сажа — один из самых сильнодействующих атмосферных загрязнителей. В океанических зонах с круговоротами течений, таких как Большое тихоокеанское мусорное пятно, нагревательный эффект микропластиковых частиц особенно ярко выражен и, согласно исследованию, может даже превосходить вклад сажи — это связано с тем, что удары частиц пластика друг о друга вызывают выброс микропластика в атмосферу.

Частицы из Большого тихоокеанского мусорного пятна можно назвать непреднамеренно добавляемыми в атмосферу. Но количество микропластика в атмосфере может кратно увеличится за счёт преднамеренного добавления частиц. Одним из решений проблемы изменения климата некоторые политики называют геоинжиниринг — целенаправленные технические мероприятия, направленные на масштабное вмешательство в климатическую систему Земли. Аэрозольные инъекции — один из методов геоинженерии, предполагающий распыление частиц на высоте 10–20 км для воздействия на климат, например для уменьшения солнечного излучения и глобальной температуры. Помимо того, что в целом геоинжиниринг это ложное решение для климатического кризиса, технология может стать потенциально масштабным источником микропластика в атмосфере.

Изначально для аэрозольных инъекций рассматривались в основном сульфаты и минеральные аэрозоли, однако существующие патенты описывают также полимерные частицы размером примерно 2–20 мкм, включая полиэстеры, полистиролы, полиуретаны, эпоксидные смолы, силиконы и полиамиды. Некоторые из них предназначены для поглощения воды и воздействия на облака. При этом открытых исследований о количестве микропластика, которое может попадать в атмосферу в результате этих технологий, практически нет. Но масштабы таких инъекций потенциально огромны: речь идёт о сотнях тысяч и даже миллионах тонн материала ежегодно.

Океан уже поглотил примерно 30% антропогенного CO₂, поступающего в атмосферу с начала индустриальной эпохи. Поэтому любое серьёзное нарушение способности морских экосистем захватывать и удерживать углерод потенциально способно усиливать изменение климата. Один из возможных механизмов влияния микропластика на климат связан с фитопланктоном — микроскопическими водорослями, которые находятся у основания океанической пищевой сети. Они поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, превращая атмосферный углерод в органическое вещество. Часть этого углерода затем покидает поверхностные воды и переносится в глубины океана.

Современные исследования показывают, что микропластик способен снижать фотосинтетическую активность и рост фитопланктона, хотя выраженность эффекта зависит от вида водорослей, размера и типа частиц, их концентрации и продолжительности воздействия. Обзорная статья 2025 года показала статистически значимое снижение фотосинтеза у морских и пресноводных водорослей под воздействием микропластика. В исследованиях содержание хлорофилла a в морских водорослях уменьшалось на 0,46–11,01%, а в пресноводных — на 7,80–18.25%. Отдельные эксперименты показывают нарушение механизма фотосинтетического транспорта электронов, причём более мелкие частицы микропластика могут оказывать более сильное воздействие на этот процесс. В лабораторных экспериментах полистирольные микрочастицы снижали рост морской микроводоросли Dunaliella tertiolecta до 45% при высокой концентрации частиц. Фитопланктон играет важнейшую роль в связывании атмосферного CO₂, поэтому такое снижение фотосинтетической активности потенциально может влиять и на углеродный цикл океана.

Ещё в обзорной работе учёные использовали модель машинного обучения, учитывающую текущие уровни загрязнения экосистем микропластиком. Полученные данные говорят о глобальном снижении хлорофилла a на 10,96 % в морском фитопланктоне и на 12,57 % в пресноводном. Это приводит к потере глобальной чистой первичной продуктивности водных экосистем в размере 147,52–3 415,11 млн тонн углерода в год, а это уже сокращает вылов рыбы и морепродуктов на 1,05–24,33 млн т/год. Теряется 0,59–2,70 млн тонн белка/год — этого достаточно для питания от 26,9 до 123,1 млн взрослых людей.

Следующее звено в пищевой сети — зоопланктон, мелкие организмы, питающиеся фитопланктоном и переносящие содержащийся в нём углерод в более глубокие слои океана. Без этого процесса значительная часть связанного фитопланктоном CO₂ относительно быстро возвращалась бы в поверхностные воды и затем в атмосферу. Микропластик регулярно обнаруживается в пищеварительных трактах представителей зоопланктона. В контролируемых лабораторных условиях снижение скорости фильтрации организмом корма, замедление роста, уменьшение размеров яиц и снижение их вылупляемости фиксируются во многих работах. Концентрации микропластика в таких экспериментах зачастую на порядки превышают реальные значения в океане, но есть и единичные исследования, использующие экологически реалистичные сегодня дозировки. Наличие микропластика может замедлять рост и размножение отдельных веслоногих рачков и поэтому потенциально влиять на численность их популяции и её пополнение, представляя угрозу для структуры и функционирования морской экосистемы.

А ещё под действием солнечного света, тепла и других факторов микропластик разрушается, и при этом может выделять газы. В экспериментах, проведённых с распространёнными видами пластика в морской и наземной среде, было обнаружено выделение метана и этилена. Особенно интенсивно дегазирует полиэтилен низкой плотности — один из наиболее распространённых видов пластика, попадающего в океан. Для климата это особенно важно из-за метана, ведь пересчёте на столетний период один килограмм метана оказывает примерно в 28 раз более сильное воздействие на потепление, чем килограмм CO₂. Глобальный масштаб и вклад выбросов парниковых газов от пластиковых отходов в современный климатический баланс ещё только предстоит подробно изучить.

Микропластик в почве способен влиять на климат не только как загрязнитель, но и как фактор, меняющий работу самой почвенной экосистемы. Почва — крупный резервуар углерода, поэтому любое воздействие, которое влияет на разложение органического вещества, дыхание почвы или способность растений связывать углерод потенциально отражается на потоках парниковых газов между почвой и атмосферой.

Частицы пластика в лабараторных условиях способны менять поровое пространство, аэрацию, водный режим и структуру почвенных агрегатов — скреплённой совокупности частиц почвы (минеральных, органических, микробных), образующий стабильную структуру, определяющую пористость и свойства почвы. . В эксперименте британских учёных добавление HDPE и PLA привело к изменению распределения водоустойчивых агрегатов. Их стабильность важна не только для механической устойчивости почвы. Она влияет на перемещение воды, газов и питательных веществ, а изменения структуры способны затрагивать процессы, связанные с почвенным углеродом.

Обзор исследований, проведённых в 2018–2023 годах, показывает, что микропластик может воздействовать на климатические процессы как через изменение выбросов CO₂, CH₄ и N₂O, так и нарушая почвенное дыхание и метаболизм растений. Для углекислого газа одним из возможных механизмов попадания в атмосферу из почвы становится усиление аэрации почвы и, как следствие, минерализации органического вещества. Кроме того, присутствие микропластика может менять численность и активность микроорганизмов, участвующих в круговороте углерода.

Микропластик может влиять на выбросы парниковых газов и через ослабление природных поглотителей углерода. Растения связывают CO₂ в процессе фотосинтеза и передают часть углерода в почву. Если микропластик нарушает рост растений, функционирование корней или взаимодействие растений с почвенными микроорганизмами, эта система может работать менее эффективно. Загрязнение микропластиком связано, например, со снижением роста и повреждением мангровых растений, потерей листьев и уменьшением способности поглощать CO₂. Для полиэтилена также описано снижение фотосинтетической ассимиляции и переноса углерода растением.

Эксперименты показывают, что микропластик способен менять свойства почвы, состояние растений, почвенных беспозвоночных и микробных сообществ, но важно, что их результаты сильно зависят от типа полимера, формы и концентрации частиц, свойств почвы и условий эксперимента.

Самые тревожные данные говорят о негативном влиянии микропластика на сельское хозяйство. По данным обзорной работы, которую мы упоминали в отрывке про фитопланктон, загрязнение микропластиком приводит к снижению фотосинтеза и у высших растений. Текущий уровень микропластика в окружающей среде снижает содержание общего хлорофилла у растений на 12,84 %. Это транслируется в глобальные потери урожая риса, пшеницы и кукурузы в размере 109,73–360,87 млн тонн в год (4,11–13,52 % от мирового производства), что сопоставимо с потерями от засух.

Современная экология — это, прежде всего, исследование того, как разные факторы среды взаимодействуют между собой и влияют на планету. В последние годы всё больше работ посвящено потенциальному воздействию микропластика в атмосфере, водных объектах и почве на климатическую систему. Да, в ряде экспериментов учёные используют концентрации микропластиковых частиц, значительно превышающие те, что наблюдаются в природе. Но это делается для того, чтобы оценить их максимальный возможный негативный эффект и понять, к чему может привести дальнейшее загрязнение. Пока производство пластика продолжает расти, уровни микропластика в окружающей среде тоже будут повышаться. То, что сегодня кажется «чрезвычайно высокой» концентрацией, может стать обычным показателем в ближайшем будущем. Поэтому важны как полевые исследования, так и чисто лабораторные: они помогают понять, какие изменения микропластик вызывает и может вызвать, если текущие тенденции сохранятся.