Хмари з пестицидами: нове дослідження про невидиме забруднення атмосфери
Франко-італійська команда проаналізувала шість зразків води з хмар, взятих на вершині масиву Пюї-де-Дом в Оверні в різні пори року між 2023 і 2024 роками. Дослідники виявили в них 32 різних пестициди, кілька з яких заборонені в Європі вже більше десяти років. Третина зразків також містила загальну концентрацію пестицидів, що перевищувала норми, встановлені для питної води.
Їхня новаторська робота також дозволила вперше оцінити кількість пестицидів, виявлених у всіх хмарах низького та середнього рівня над материковою Францією, яка коливалася від 6 до 139 тонн. Ось огляд цієї новаторської публікації разом з її провідним автором.
The Conversation: Як виникла ідея вашого дослідження?
Анжеліка Б'янко: Разом із моєю колегою-хіміком Паскаль Бессе-Хогган, експертом ICCF (UCA/CNRS) з (біо)деградації пестицидів у ґрунтах, ми вже кілька років хотіли кількісно оцінити вміст пестицидів у хмарах, оскільки пестициди є важливими забруднювачами у всіх екологічних середовищах.
Нещодавнє дослідження вченого Людовіка Майєра та його колег вже повідомляло про наявність пестицидів в атмосферних аерозолях, взятих на 29 ділянках в Європі, з яких декілька знаходяться у вільній тропосфері, тобто першому шарі атмосфери Землі, що починається на висоті від одного до двох кілометрів і на який місцеві викиди впливають незначно або взагалі не впливають.
Кроме того, о наличии пестицидов в осадках известно уже давно, о чем свидетельствуют значительные исследования, проведенные в конце 1990-х годов. Поэтому мы воспользовались обсерваторией Пюи-де-Дом, которой управляют Обсерватория физики Земли (OPGC) в Клермон-Ферране и Лаборатория физической метеорологии (LaMP) Университета Клермон-Ферран (UCA) и CNRS, чтобы количественно оценить содержание пестицидов в структурах, которые до сих пор не исследовались: облаках.
Технічно це не перше вимірювання в хмарах. У 1991 році команда німецького вченого Франца Траутнера вже виміряла атразин, заборонений сьогодні гербіцид, який блокує фотосинтез рослин і часто використовувався на кукурудзяних полях, у декількох зразках, зібраних в одній хмарі над кукурудзяними посівами у Вогезах, з концентрацією від 24 до 260 нанограмів на літр (нг/л), що значно перевищує допустиму норму для питної води.
Оригінальність нашого останнього дослідження полягає в кількісному визначенні пестицидів:
- у декількох зразках хмарної води, зібраних у два різні сезони;
- з повітряними масами різного походження (різні сезони, різні температури та різні географічні походження);
- з аналізом 446 пестицидів (гербіцидів, фунгіцидів, інсектицидів, біоцидів) та деяких продуктів розпаду;
- з дуже низькими межами виявлення за допомогою сертифікованих методик (Cofrac).
Ми вже знали, що в водоймах присутня значна кількість пестицидів. Тому може здатися логічним, що їх також можна знайти в хмарах, однак раніше такі дослідження практично не проводилися. Як ви це пояснюєте?
А. Б.: Хмари є найскладнішою для збору та відбору проб екологічною структурою: це не вода з озера чи річки, яку можна легко зібрати відром у великих кількостях. Це також не пил чи гази, які завжди присутні в атмосфері і які можна автоматично збирати на фільтрах або в балонах.
Хмари мають випадковий характер: вони не завжди там! Звичайно, їх можна відбирати з літака, як це роблять деякі мої колеги. Але цей метод є технічно складним, оскільки необхідно абсолютно уникнути будь-якого забруднення зразка двигунами літака. Крім того, хмари складаються з дрібних крапель (діаметром від 10 до 50 мікрометрів), які необхідно зібрати, щоб отримати достатню кількість рідкого зразка для проведення всіх аналізів. В даний час у Франції тільки станція Пюї-де-Дом, де спостерігається висока хмарність (40 % часу), дозволяє досліджувати хмари.
Наше обладнання не є автоматизованим, що означає, що оператор повинен бути на місці для монтажу колектора, збору, демонтажу та обробки зразка. Ми використовуємо колектор хмар під назвою «бугі» та дуже суворі протоколи очищення та збору зразків.
Кількість води в хмарах варіюється від 0,3 до 1 г/м3 повітря, що означає, що для отримання декількох мілілітрів потрібно відсмоктати багато хмар. Це одна з обмежувальних умов нашого аналізу: об'єм зібраної хмари.
Наші збори рідко тривають більше двох годин, тому що ми повинні враховувати динаміку атмосфери. Набагато легше вивчати характеристики зразка, коли історія повітряної маси проста, ніж коли вона є результатом поєднання декількох різних повітряних мас. Однак чим більше часу минає, тим складнішим стає склад хмари, оскільки сполуки, що переносяться в різних масах повітря під впливом різних джерел (наприклад, морських та антропогенних), змішуються в одній і тій самій рідкій пробі. Щоб уникнути цього, ми обмежуємо час збору до двох годин, тому наші зразки мають невеликий об'єм, а кількість аналізів, які ми можемо провести, є обмеженою.
Але, якщо підсумувати, інноваційність нашого дослідження полягає в тому, що ми, мисливці за хмарами, маємо можливість працювати з малодослідженою екологічною субстанцією.
Як я розумію, ви були першими, хто здивувався отриманим результатам.
А. Б.: Чесно кажучи, заради блага нашої прекрасної зеленої і блакитної планети ми сподівалися не знайти пестицидів у хмарах!
Першим сюрпризом стало виявлення цих сполук у всіх проаналізованих зразках, навіть у тих, що не викликали підозр, тобто у зразках, повітря в яких переміщалося на великій висоті та над Атлантичним океаном, а отже, на відстані від земель, де застосовуються пестициди.
Тому ми провели кілька перевірок, зокрема, порівняли результати з вимірами аерозолів, представленими Людовіком Майєром з Університету Масарика (Чехія) та його колегами, і наші концентрації виявилися правдоподібними. Однак знайдені концентрації залишаються низькими, в межах від нано- до мікрограмів на літр.
Після обговорення ми вирішили обчислити загальну масу пестицидів, які потенційно можуть бути присутніми в хмарах, що пролітають над континентальною Францією. Для цього ми вирішили сформулювати важливу гіпотезу, а саме, що концентрація, виміряна в хмарах Пуйдома, є репрезентативною для хмар на низькій висоті, присутніх на всій території Франції. Звичайно, це спірне питання, але, ймовірно, не так вже й далеке від істини: рецензенти нашої публікації ніколи не ставили під сумнів цю гіпотезу. Таким чином, ми оцінили, що в хмарах над Францією може бути від 6,4 до 139 тонн пестицидів.
Тож, слід знати, що хмари містять багато води, близько мільярда тонн, але ніхто не думав, що там можна знайти тонни пестицидів! Саме ця оцінка викликала найбільше реакцій і обговорень, як позитивних, так і критичних, але я вважаю, що найголовніше, крім цифр, — це колективне усвідомлення забруднення, яке ми завдаємо навколишньому середовищу.
Чим ваша робота корисна для нашого розуміння циркуляції пестицидів у навколишньому середовищі?
А. Б.: На мій погляд, ця стаття показує, що коло замкнулося: пестициди знаходять у воді річок, озер, ґрунтових водах, дощі і... тепер у хмарах. Атмосфера є надзвичайно динамічною і переносить ці сполуки, навіть якщо вони мають низьку концентрацію, у найвіддаленіші куточки нашої Землі, і в результаті деякі ізольовані місця, такі як полярні регіони, які не повинні бути безпосередньо уражені забрудненням пестицидами, все ж піддаються впливу через їх перенесення на великі відстані.
Але атмосфера і, зокрема, хмари також є хімічним реактором, здатним перетворювати ці молекули: сонячні промені викликають фотохімічні реакції, які можуть руйнувати ці сполуки. Ось чому ми іноді знаходимо в наших зразках продукти перетворення, а не вихідний пестицид. Тому також важливо зрозуміти, як ці молекули руйнуються в навколишньому середовищі.
У якому напрямку ви будете продовжувати свої дослідження після публікації цієї статті?
А.Б.: Кілька колег висловили жвавий інтерес до результатів, представлених у цій статті. Як хімік, я вважаю, що шести зразків, зібраних на одному місці, недостатньо для відображення екологічної мінливості. Тому я вважаю, що це дослідження потрібно розширити, включивши більшу кількість зразків, які, по можливості, слід відбирати на кількох ділянках! Незважаючи на все, я сподіваюся знайти багато зразків без пестицидів у наступних хмарах, які ми збиратимемо...
Джерело The Conversation