Co arktyczny „bank chemikaliów” mówi nam na temat globalnego zanieczyszczenia
Choć substancje chemiczne stosowane w przemyśle są niezbędne do życia współczesnego człowieka, kumulują się w organizmach, stanowiąc zagrożenie dla zdrowia. Ich różnorodność i zastosowanie stale rosną. „Między 1965 a 2015 rokiem liczba znanych substancji wzrosła do 100 milionów, a w ciągu zaledwie dwóch kolejnych lat zarejestrowano następne 30 milionów. Szacuje się, że zanieczyszczenie chemiczne spowodowało 1,6 miliona zgonów w 2016 roku, jednak liczba ta jest prawdopodobnie niedoszacowana, ponieważ jedynie niewielka część substancji została odpowiednio przebadana pod kątem bezpieczeństwa”, mówi Anna Sobek(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Uniwersytetu Sztokholmskiego. Sobek jest koordynatorką projektu ARCHEM, realizowanego przy wsparciu z działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), którego celem jest identyfikacja substancji chemicznych stanowiących globalne zagrożenie poprzez analizę osadów Oceanu Arktycznego (szczątków organizmów żywych i cząsteczek gleby pochodzących z erozji wybrzeża i dopływów rzecznych). Ponieważ oceny ryzyka nie nadążają za odkryciami nowych substancji chemicznych, w dużej mierze nie wiadomo, które z nich powinny zostać objęte priorytetowymi regulacjami. Tymczasem substancja chemiczna wykryta w Arktyce została wyemitowana w dużych ilościach w innym regionie świata, a więc może rozprzestrzeniać się na skalę globalną, co wskazuje na konieczność objęcia jej odpowiednią kontrolą.
Wykrycie wcześniej niezidentyfikowanego globalnego zagrożenia
Projekt ARCHEM stanowi rozwinięcie poprzednich badań przesiewowych substancji chemicznych w Arktyce, w których stosowano spektrometrię mas o niskiej rozdzielczości i wykrywano jedynie znane zanieczyszczenia docelowe. Aby umożliwić nieselektywne badania przesiewowe związków, badacze zastosowali zaawansowaną technikę spektrometrii ruchliwości jonów o wysokiej rozdzielczości(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (HRMS), wykorzystując cyfrową bazę danych obejmującą tysiące związków organicznych. „To było jak przejście od jedzenia pałeczkami – gdzie najpierw decydujesz, co chwycić, a potem chwytasz jeden element na raz – do jedzenia łyżką”, wyjaśnia Xiaodi Shi, główny badacz z Uniwersytetu Sztokholmskiego, będącego gospodarzem projektu. Technika HRMS dostarczyła informacji zarówno o liczebności, jak i strukturze związków, oferując „coś na kształt odcisku palca zanieczyszczeń”, mówi Shi. Te „odciski palców” porównano z bazami danych zanieczyszczeń. Badacze analizowali osady powierzchniowe z szelfów euroazjatyckiej Arktyki, pochodzące z kolekcji Uniwersytetu Sztokholmskiego, a także osady powierzchniowe z wód morskich Kanady, rdzenie osadów jezior wysokiej Arktyki kanadyjskiej oraz osady powierzchniowe z wód morskich Antarktydy. „Wykryliśmy około 150 zanieczyszczeń w osadach arktycznych. Jednymi z najciekawszych dotychczas nieznanych zanieczyszczeń są fluorotelomerowe metylosulfony – klasa niepolarnych substancji per- i polifluoroalkilowych (PFAS). „Obecnie pracujemy nad ustaleniem ich źródła – mogą to być produkty uboczne lub produkty degradacji surfaktantów PFAS. Wykryto je również w osadach pochodzących ze Stanów Zjednoczonych, Morza Bałtyckiego i jeziora norweskiego, co dowodzi, że stanowią one pomijane globalne zagrożenie”, wyjaśnia Shi.
Odkrywanie kluczowego ograniczenia dystrybucji zanieczyszczeń
W systemach morskich wiele substancji chemicznych unika fazy wodnej i gromadzi się w naturalnej materii organicznej, dlatego ich rozmieszczenie zależy od właściwości tej materii, co utrudnia modelowanie transportu i akumulacji zanieczyszczeń. Aby temu zaradzić, badacze z projektu ARCHEM przeanalizowali dane dotyczące zawartości węgla w próbkach osadów, pochodzące z otwartej bazy danych Circum-Arctic Sediment CArbon DatabasE(odnośnik otworzy się w nowym oknie), w celu rozróżnienia źródeł materii organicznej (morskiej lub glebowej) oraz określenia ich wpływu na akumulację zanieczyszczeń. „To pierwsze tego rodzaju, prowadzone na dużą skalę ilościowe badanie terenowe czynników wpływających na akumulację zanieczyszczeń w systemach morskich”, dodaje Sobek. Zespół projektu odkrył, że morska materia organiczna niemal dziesięciokrotnie skuteczniej wiąże zanieczyszczenia, co sugeruje, że może odgrywać istotną rolę w ich akumulacji. „Świadomość, że różne rodzaje materii organicznej wykazują odmienną zdolność wiązania zanieczyszczeń, a zmiana klimatu wpłynie na ilość i źródła tej materii, wskazuje, że w przyszłości może dojść do zmian w rozmieszczeniu zanieczyszczeń w środowisku”, zauważa Shi. W 2020 r. Komisja Europejska opublikowała „strategię w zakresie chemikaliów”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) – plan na rzecz nietoksycznego środowiska. Powiązany z nią pakiet legislacyjny obejmuje zarówno nową wspólną platformę danych, jak i ramy monitorowania i prognozowania. Projekt ARCHEM wnosi istotny wkład do obu tych zasobów. „Chociaż zbadaliśmy ponad 100 substancji zanieczyszczających, stanowi to mniej niż 10% dostępnych danych. Techniki big data pomogą nam wydobyć pozostałe dane”, dodaje Shi.
