Что происходит с окурками после 10 лет пребывания в окружающей среде?

Окурки — наиболее распространенный вид мусора в мире. Ежегодно триллионы окурков выбрасываются в городах, парках, на пляжах, вдоль железнодорожных путей и обочин дорог. Несмотря на свой небольшой размер, эти остатки выкуренных сигарет представляют собой устойчивую форму загрязнения, поскольку их фильтры изготовлены в основном из ацетата целлюлозы — пластикового полимера, полученного из натуральной целлюлозы, обладающего высокой устойчивостью к воздействию окружающей среды и производимого в виде плотно упакованных микроскопических волокон.

Долгосрочное исследование позволило реконструировать процесс превращения сигаретных фильтров в окружающую среду. Отслеживая их трансформацию на протяжении целого десятилетия, исследование показало, что окурки претерпевают сложную последовательность физических, химических и биологических изменений, но полностью не исчезают. Вместо этого они медленно трансформируются и сохраняются в почве в виде микропластикоподобных остатков .

Результаты исследования, опубликованные в журнале Environmental Pollution , представляют собой одну из наиболее полных на сегодняшний день картин экологической судьбы сигаретных фильтров и подчеркивают долгосрочный характер этого вида загрязнения.

Десятилетний эксперимент

Большинство предыдущих исследований, посвященных загрязнению сигаретным мусором, были сосредоточены на краткосрочных эффектах, как правило, изучая свежевыброшенные окурки или содержащиеся в них жидкости в течение нескольких дней или месяцев. Однако мало что было известно о том, что происходит с сигаретными фильтрами в течение более длительных периодов в реальных условиях окружающей среды.

Поместив тысячи окурков в сетчатые мешочки для мусора, исследователи отслеживали, как фильтры разлагались в течение десяти лет в средах, имитирующих городские поверхности, песчаные почвы и богатые питательными веществами почвы лугов.

Отбирая образцы через различные промежутки времени в течение десятилетия, исследователи смогли отследить, как сигаретные окурки менялись с течением времени с точки зрения потери массы, химического состава, микробной колонизации и экологической токсичности.

Исследование показывает, что сигаретные фильтры разрушаются в результате многоступенчатого процесса, регулируемого в основном условиями окружающей среды, в частности, доступностью питательных веществ и микробной активностью.

Медленная и неполная деградация

Первый этап разложения происходит относительно быстро. В течение первых недель окурки теряют часть своей массы, поскольку начинают разлагаться растворимые соединения и внешние слои.

Однако за этой начальной фазой следует длительный период крайне медленной деградации. Главная причина кроется в структуре самого фильтра. Волокна из ацетата целлюлозы подвергаются химической модификации для повышения их прочности и фильтрующей способности, что также делает их устойчивыми к воздействию микроорганизмов.

В средах с низкой биологической активностью, таких как городские поверхности или бедные питательными веществами субстраты, процесс разложения быстро стабилизируется. В этих условиях, даже спустя 10 лет, фильтрующие волокна остаются в значительной степени неповрежденными.

В более благоприятных условиях, таких как почвы, богатые органическим веществом и микробными сообществами, разложение происходит более интенсивно. В таких условиях микроорганизмы могут колонизировать фильтрующий материал и постепенно изменять его структуру.

Спустя 10 лет максимальная наблюдаемая потеря массы достигла примерно 84%, что указывает на то, что значительная часть исходного материала все еще присутствовала в почве. Однако в условиях, приближенных к городским, степень деградации составила лишь около 52%, в результате чего в почве осталось почти половина фильтрующего материала.

От волокон до почвенных агрегатов

Один из наиболее поразительных результатов исследования касается структурной трансформации волокон фильтра с течением времени.

В благоприятных почвенных условиях исходные волокна ацетата целлюлозы постепенно теряют свою структуру и встраиваются в окружающую почвенную матрицу. Со временем материал образует компактные микроскопические агрегаты, состоящие из разложившихся волокон, остатков микроорганизмов и минеральных частиц.

Эти сферические структуры, наблюдаемые с помощью электронной микроскопии, по-видимому, представляют собой ранее не описанную трансформацию волокон сигаретного фильтра в процессе длительной деградации под воздействием окружающей среды.

Хотя этот процесс может уменьшить видимость окурков, он не устраняет сам материал. Вместо этого он может представлять собой новый путь, по которому частицы пластика сохраняются в наземных экосистемах.

Эта трансформация также предполагает, что сигаретные фильтры способствуют образованию вторичного микропластика в почве.

Роль микроорганизмов

Микроорганизмы играют важную роль в этом процессе трансформации. По мере старения сигаретных фильтров в почве микробные сообщества колонизируют материал и способствуют его постепенной трансформации.

Исследование показывает, что как бактериальные, так и грибковые сообщества значительно изменяются в процессе разложения. В богатых питательными веществами почвах на поверхности фильтров развиваются разнообразные микробные популяции, которые участвуют в разложении материала.

Однако одной лишь микробной активности недостаточно для полного разложения волокон ацетата целлюлозы. Их сильно ацетилированная химическая структура делает их особенно устойчивыми к биоразложению.

В результате, даже после интенсивной микробиологической обработки, фрагменты исходного фильтрующего материала сохраняются в почвенной системе.

Изменения токсичности с течением времени

В ходе исследования также изучалось, как изменяется экологическая токсичность окурков при длительном воздействии окружающей среды. Известно, что свежевыброшенные окурки при контакте с водой выделяют широкий спектр токсичных соединений, включая никотин, тяжелые металлы и ароматические углеводороды, которые могут оказывать воздействие на водные организмы и растения.

Однако экотоксикологические эффекты сигаретных окурков не исчезают со временем. Свежие сигаретные окурки показали наибольшую токсичность, главным образом из-за быстрого высвобождения растворимых химических веществ, таких как никотин. В тестах на токсичность с использованием морской бактерии Aliivibrio fischeri, стандартного организма, используемого в экологических биотестах, даже низкие концентрации фильтрата сигаретных окурков вызывали сильную биологическую реакцию.

По мере протекания процесса разложения токсичность, как правило, снижалась, поскольку многие из более лабильных соединений постепенно терялись в результате выщелачивания и микробной деградации. Однако этот процесс не был линейным. В ходе исследования было обнаружено временное усиление биологических эффектов на промежуточных стадиях разложения, вероятно, связанное с образованием или накоплением вторичных соединений, образующихся в процессе разрушения фильтра.

Спустя 10 лет уровни токсичности, как правило, были ниже, чем те, которые наблюдались в свежевыброшенных окурках. Тем не менее, измеримые биологические эффекты все еще были обнаружены у нескольких тест-организмов, что указывает на то, что остатки старых окурков нельзя считать экологически инертными.

Стойкий загрязнитель окружающей среды

В совокупности полученные результаты показывают, что сигаретные фильтры ведут себя совершенно иначе, чем материалы, предназначенные для биоразложения.

Вместо того чтобы исчезнуть в течение нескольких месяцев или лет, они сохраняются в окружающей среде благодаря медленным и сложным процессам трансформации. Со временем они фрагментируются, взаимодействуют с почвенными минералами и включаются в почвенную матрицу, продолжая оказывать измеримое экологическое воздействие.

Учитывая огромное количество окурков, выбрасываемых во всем мире каждый год, их стойкость представляет собой серьезную экологическую проблему. Результаты показывают, как даже мелкие частицы мусора могут оказывать долгосрочное воздействие на экосистемы.

Поэтому понимание долгосрочной судьбы окурков может иметь решающее значение для разработки стратегий по снижению их воздействия на окружающую среду и решению одной из наиболее распространенных форм загрязнения, связанного с пластиком.

Источник: https://phys.org/news/2026-03-cigarette-butts-years-environment.html