Микропластик и наноматериалы в Тихом океане

14

Предсказание  физико-химических свойств новых  углеродных материалов осуществляется как с помощью квантовых моделей, так и расчетов в рамках молекулярной динамики. Наряду с однослойными трубками имеется возможность создавать  и многослойные трубки . Для производства нанотрубок используются специальные катализаторы.

     В  чем уникальность новых материалов? Остановимся лишь на трех важных  свойствах.

Сверхпрочные  материалы. Связи между атомами  углерода в графитовом листе являются самыми сильными среди известных, поэтому бездефектные углеродные трубки на два порядка прочнее стали и приблизительно в четыре раза легче ее! Одна из важнейших задач технологии в области новых углеродных материалов заключается в создании нанотрубок "бесконечной" длины. Из таких трубок можно изготовлять легкие композитные материалы предельной прочности для нужд техники нового века. Это силовые элементы мостов и строений, несущие конструкции компактных летательных аппаратов, элементы турбин, силовые блоки двигателей с предельно малым удельным потреблением топлива и т.п. В настоящее время научились изготавливать трубки длиной в десятки микрон при диаметре порядка одного нанометра.

     Высокопроводящие  материалы. Известно, что в кристаллическом  графите проводимость вдоль плоскости  слоя наиболее высокая среди  известных материалов и, напротив, в направлении, перпендикулярном  листу, мала. Поэтому ожидается,  что электрические кабели, сделанные  из нанотрубок, при комнатной  температуре будут иметь электропроводность  на два порядка выше, чем медные  кабели. Дело за технологией, позволяющей  производить трубки достаточной  длины и в достаточном количестве.

15 

2.2 Нанокластеры

     К  множеству нанообъектов относятся  сверхмалые частицы, состоящие  из десятков, сотен или тысяч  атомов. Свойства кластеров кардинально  отличаются от свойств макроскопических  объемов материалов того же  состава. Из нанокластеров, как  из крупных строительных блоков, можно целенаправленно конструировать  новые материалы с заранее  заданными свойствами и использовать  их в каталитических реакциях, для разделения газовых смесей  и хранения газов. Одним из  примеров является:

 Zn₄O(BDC)₃(DMF)₈(C₆H₅Cl)₄ .

Большой интерес  представляют магнитные кластеры, состоящие  из атомов переходных металлов, лантиноидов, актиноидов. Эти кластеры обладают собственным магнитным моментом, что позволяет управлять их свойствами с помощью внешнего магнитного поля. Примером является высокоспиновая металлоорганическая  молекула:

 Mn₁₂O₁₂(CH₃COO)₁₆(H2O)4.

 Эта изящная  конструкция состоит из четырех  ионов Мn4+ со спином 3/2, расположенных в вершинах тетраэдра, восьми ионов Мn3+ со спином 2, окружающих этот тетраэдр. Взаимодействие между ионами марганца осуществляется ионами кислорода. Антиферромагнитные взаимодействия спинов ионов Мn₄+ и Мn₃+ приводят к полному достаточно большому спину, равному 10. Ацетатные группы и молекулы воды отделяют кластеры Мn₁₂ друг от друга в молекулярном кристалле. Взаимодействие кластеров в кристалле чрезвычайно мало. Наномагниты представляют интерес при проектировании процессоров для квантовых компьютеров. Кроме того, при исследовании этой квантовой системы обнаружены явления бистабильности и гистерезиса.  
 

16 

Если учесть, что расстояние между молекулами составляет около 10 нанометров, то плотность  памяти в такой системе может  быть порядка 10 гигабайт на квадратный сантиметр. 

3.1 Великое тихоокеанское мусорное пятно

  “Великое тихоокеанское мусорное пятно” (Great Pacific Garbage Patch), “Тихоокеанский мусороворот” (Pacific Trash Vortex), “Северная тихоокеанская спираль” (North Pacific Gyre), “Тихоокеанский мусорный остров”, как только не называют этот гигантский остров из мусора, который разрастается гигантскими темпами. О мусорном острове говорят уже более полувека, но практически никаких действий не принимается. Тем временем наносится невосполнимый урон окружающей среде, вымирают целые виды животных. Велика вероятность того, что наступит момент, когда уже ничего нельзя будет исправить.. Итак, подробнее о проблеме загрязнения океана читайте ниже 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

17

     В дополнение к теме о самых загрязненных городах мира предлагаю Вам ознакомиться еще с одним вопиющим случаем  загрязнения окружающей среды. Загрязнение  началось с тех времен, когда изобрели пластик. С одной стороны, незаменимая  вещь, которая неимоверно облегчила  жизнь людей. Облегчила до тех  пор пока пластиковое изделие не выбросят: пластик разлагается более ста лет, и благодаря океанским течениям сбивается в огромные острова. Один такой остров размером более американского штата Техас плавает между Калифорнией, Гавайями и Аляской — миллионы тонн мусора. Остров быстро растёт, ежедневно в океан со всех материков сбрасывается ~2.5 миллиона кусочков пластика и прочего мусора. Медленно разлагаясь, пластик наносит серьёзный вред окружающей среде. Птицы, рыбы (и прочие обитатели океана) страдают больше всего. Пластиковые отбросы в Тихом океане являются причиной гибели более миллиона морских птиц в год, а также более 100 тысяч особей морских млекопитающих. В желудках павших морских птиц находят шприцы, зажигалки и зубные щетки — все эти предметы птицы заглатывают, принимая их за еду

18

     Каждый  год 260 миллионов тонн пластмассовых  изделий заканчивает свой век  в Мировом океане. Весь этот пластиковый  мусор выносится в океаны реками, ручьями и морскими волнами с  суши.

Этот хлам создаёт  серьёзную угрозу живым организмами. Ими травятся и давятся черепахи, рыбы, морские млекопитающие, птицы. На поверхности микрочастиц пластмасс  осаждаются различные поллютанты, которые  в итоге оказываются в организме  живых организмов.

Производство  пластмассы каждый год увеличивается  на 9%, а это значит, что загрязнение  Мирового океана пластмассовым мусором  только продолжится. 
 
 
 

19

3.2 Величайшая свалка планеты

     Эта громадная куча плавучего мусора – фактически величайшая свалка планеты  – держится на одном месте под  влиянием подводных течений, имеющих  завихрения. Полоса «супа» тянется  от точки примерно в 500 морских милях  от побережья Калифорнии через северную часть Тихого океана мимо Гавайев  и едва не достигает отдаленной Японии.

Американский  океанолог Чарлз Мур – первооткрыватель этого «великого тихоокеанского мусорного пятна», оно же «круговорот-помойка», полагает, что в этом регионе кружат около 100 млн. тонн плавучего хлама. Маркус Эриксен, директор по науке Algalita Marine Research Foundation (США), основанного Муром, сказал: «Первоначально люди предполагали, что это остров из пластикового мусора, по которому чуть ли не можно расхаживать. Это представление неточно. По консистенции пятно очень похоже на суп из пластика. Оно просто бескрайнее – по площади, пожалуй, вдвое превышает континентальную часть США». История открытия мусорного пятна Муром довольно интересна: 14 лет назад яхтсмен Чарльз Мур, сын богатого химического магната, решил после сессии в Калифорнийском университете отдохнуть на Гавайских островах. Заодно Чарльз решил опробовать в океане и свою новую яхту. Ради экономии времени поплыл напрямик.

22

А через несколько  дней Чарльз понял, что заплыл на помойку.

     «В  течение недели всякий раз, когда  я выходил на палубу, мимо плыл какой-то пластиковый хлам, — писал Мур  в своей книге «Plastics are Forever?» — Я не мог поверить своим глазам: как мы могли загадить такую огромную акваторию? По этой помойке мне пришлось плыть день за днем, и конца ей не было видно…»

Плавание сквозь тонны бытовых отходов перевернуло  жизнь Мура. Он продал все свои акции и на вырученные деньги основал экологическую организацию Algalita Marine Research Foundation (AMRF), которая стала заниматься исследованием экологического состояния Тихого океана. От его докладов и предостережений часто отмахивались, не принимая всерьез. Наверное, подобная судьба ожидала бы и нынешний доклад AMRF, но тут экологам помогла сама природа — январские штормы выбросили на пляжи островов Кауаи и Ниихау более 70 тонн пластикового мусора. Говорят, сын известного французского океанографа Жака Кусто, отправившийся снимать на Гавайи новый фильм, чуть было не получил сердечный приступ при виде этих гор мусора. Впрочем, пластик испортил не только жизнь отдыхающих, но и привел к гибели некоторых птиц и морских черепах. С тех пор фамилия Мура не сходит со страниц американских СМИ. На днях основатель AMRF предостерег: если потребители не ограничат использование пластика, который не перерабатывается, в ближайшие 10 лет площадь поверхности «мусорного супа» удвоится и станет угрожать не только Гавайям, но и всем странам Тихоокеанского региона.

      Но в целом проблему стараются  «не замечать». Свалка ведь  не похожа на обычный остров, по своей консистенции она  напоминает «суп» — фрагменты  пластика плавают в воде на  глубине от одного до сотни  метров. Кроме того, более 70 % всего  попадающего сюда пластика опускается  в придонные слои, так что мы  даже в точности не 

21

представляем  себе, сколько там может скопиться  хлама.

     Поскольку пластик прозрачен и залегает прямо под поверхностью воды, то со спутника «полиэтиленовое море»  увидеть нельзя. Мусор можно заметить только с носа корабля или погрузившись в воду с аквалангом. Но морские  суда бывают в этом районе нечасто, ведь еще со времен парусного флота  все капитаны кораблей прокладывали маршруты в стороне от этого участка  Тихого океана, известного тем, что  здесь никогда не бывает ветра. Вдобавок Северо-тихоокеанский водоворот — это нейтральные воды, и весь мусор, что здесь плавает — ничейный.

      Океанолог Кертис Эббесмейер, ведущий  авторитет по вопросам плавучего  мусора, следит за накоплением  пластика в океанах более 15 лет. Круговорот-помойку он сравнивает  с живым существом: «Оно передвигается  по планете подобно крупному  животному, спущенному с поводка». Когда это животное приближается  к суше – а в случае с  Гавайским архипелагом дело обстоит  именно так – результаты весьма  драматичны. 

22

 «Стоит мусорному  пятну рыгнуть, как целый пляж покрывается этим конфетти из пластика», – свидетельствует Эббесмейер.

По словам Эриксена, медленно циркулирующая масса воды, изобилующей мусором, создает опасность  и для здоровья людей. Сотни миллионов  крохотных пластиковых гранул –  сырье индустрии пластмасс –  ежегодно теряются и со временем попадают в море. Они загрязняют окружающую среду, действуя как своеобразные химические губки, притягивающие рукотворные  химикаты типа углеводородов и пестицида  ДДТ. Затем эта грязь попадает в желудки вместе с пищей. «То, что попадает в океан, оказывается  в желудках у океанских обитателей, а затем – у вас на тарелке. Все очень просто».

Основными загрязнителями океана являются Китай и Индия. Здесь  считается в порядке вещей  выбрасывать мусор прямо в  близлежащий водоем.

Здесь расположен мощный Северо-Тихоокеанский субтропический водоворот, образованный в точке  встречи течения Куросио, северных пассатных течений и межпассатных противотечений. Северо-Тихоокеанский  водоворот — это своего рода пустыня  в Мировом 

океане, куда со всех концов света веками сносится самый разнообразный

23

хлам — водоросли, трупы животных, древесина, обломки  кораблей. Это настоящее мертвое  море.

Из-за обилия гниющей  массы вода в этом районе насыщена сероводородом, поэтому Северо-Тихоокеанский  водоворот крайне беден жизнью —  здесь нет ни крупных промысловых  рыб, ни млекопитающих, ни птиц. Никого, кроме колоний зоопланктона. Поэтому  сюда не заходят и промысловые  суда, даже военные и торговые корабли  стараются обходить стороной это  место, где почти всегда царит  высокое атмосферное давление и  зловонный штиль.

С начала 50-х  годов прошлого века к гниющим  водорослям прибавились пластиковые  пакеты, бутылки и упаковка, которые, в отличие от водорослей и другой органики, плохо подвергаются процессам  биологического распада и никуда не деваются. Сегодня Великий тихоокеанский  мусорный участок на 90% состоит из пластика, общая масса которого в  шесть раз превышает массу  естественного планктона. Сегодня  площадь всех мусорных пятен превосходит  даже территорию США! Каждые 10 лет площадь  этой колоссальной свалки увеличивается  на порядок.

     Похожий остров можно встретить и в  Саргассовом море — это часть  знаменитого Бермудского треугольника. Раньше ходили легенды про остров из обломков кораблей и мачт, который дрейфует в тех водах, теперь деревянные обломки заменились на пластиковые бутылки и пакеты, и в настоящее время мы встречаем самые настоящие мусорные острова. По данным Greenpeace, ежегодно в мире производится более 100 млн. тонн пластиковых изделий и 10% из них в конце концов попадает в мировой океан. Мусорные острова растут с каждым годом всё быстрее и быстрее. И остановить их рост можем только мы с вами.