Модель движения микропластика в Арктике создали сибирские ученые

Новосибирск. 26 ноября. ИНТЕРФАКС - Ученые Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск) с помощью математического моделирования показали, что вмерзание пластиковых фрагментов в морской лед и их биообрастание существенно влияет на траектории распространения микропластика в Арктике, сообщает издание СО РАН "Наука в Сибири".

Результаты исследования опубликованы в двух статьях в журналах Water и Applied Sciences.

"Современные физико-математические модели на основе сценарных расчетов позволяют восстанавливать пространственно-временную изменчивость характеристик океанических вод, моделировать систему течений океана и дрейфа морского льда, а также определять возможные области накопления загрязняющих веществ", - отмечает главный научный сотрудник ИВМиМГ СО РАН Елена Голубева.

Ученые лаборатории математического моделирования процессов в атмосфере и гидросфере ИВМиМГ СО РАН в рамках проекта Российского научного фонда провели численное моделирование переноса-осаждения микропластика в арктических морях с использованием трехмерной модели океана и морского льда SibCIOM (Siberian Coupled Ice-Ocean Model), разработанной в институте.

Одним из основных источников попадания микропластика в океан считается речной сток, ученые использовали существующие модельные оценки сброса загрязнений крупнейшими реками мира, основанные на данных о плотности населения и оценке качества очистительных сооружений.

"По этим оценкам, среди сибирских арктических рек наиболее загрязненными считаются Обь и Енисей", - говорится в сообщении.

В исследовании рассматривались сферические частицы разных типов пластика. Они включали как легкие плавучие типы, так и тяжелые, плотность которых выше плотности морской воды.

"Результаты моделирования пятилетнего непрерывного поступления микропластика с речными водами Оби и Енисея на шельф Карского моря показали, что легкие пластиковые частицы разных размеров распространяются как в области шельфа, так и за его пределами. Они преимущественно остаются в поверхностном слое и следуют за океаническими течениями. Процесс попадания микропластика в лед оказывает существенное влияние на траектории частиц, ведь циркуляция льда может отличаться от циркуляции верхнего слоя океана", - отмечает издание.

При этом в области проливов, связывающих Арктику с Северной Атлантикой, лед движется быстро, поэтому наиболее легкие частицы, выйдя за пределы Карского моря, могут распространяться достаточно далеко. Тяжелые же пластиковые частицы быстро оседают в непосредственной близости от устья реки, не успев вмерзнуть в ледяной покров, и переносятся системой придонных течений на небольшие расстояния по Карскому морю.

Следующим этапом развития модели переноса-осаждения микропластика в Арктике стала разработка блока, описывающего биообрастание частиц: ученые включили в исследование процессы роста и деградации биопленки за счет процессов жизнедеятельности водорослей. Также учитывались условия окружающей среды полярного региона, влияющие на размножение и изменение биомассы за счет дыхания и смертности арктических водорослей.

Проведенное моделирование продемонстрировало сложный характер перемещения частиц по вертикали: легкие частицы микропластика, обрастая водорослями, постепенно погружаются в нижележащие слои океана, на определенной глубине, где понижается температура воды, уменьшается количество проникающего света и доступного хлорофилла, эти водоросли теряют способность размножаться и биопленка постепенно отмирает, а очищенная частица всплывает ближе к поверхности, где может снова накопить биомассу.

Исследователи признают, что их подход является упрощением сложных взаимодействий между движением морской воды, дрейфом льда и плавучестью частиц, на которые влияют механическая фрагментация, биообрастание и другие факторы.

Также отмечается, что на данный момент ученые рассматривали в модели только сферическую форму пластиковых фрагментов, однако большая часть микропластика в океане представляет собой волокна, которые могут дрейфовать и погружаться по-другому, необходимо также учитывать биологическую миграцию пластика - внутри поглотивших его живых организмов.

По данным исследований, каждый год в океан попадает от 8 до 13 млн тонн пластиковых отходов. Из-за воздействия солнечного света, волн, перепада температур и механического трения пластиковый мусор постепенно крошится и превращается в микропластик - фрагменты размером менее 5 мм, которые представляют большую опасность для окружающей среды.