Проблема загрязнения вод Мирового океана частицами микропластика (МП, < 5 мм) находится сегодня на этапе осознания масштабов его распространения и возможной степени угрозы человеку и равновесию экосистем. Поведение частиц МП в морской среде отличается от переноса известных до настоящего времени загрязнителей во многих аспектах, что значительно затрудняет эффективное использование численных моделей для исследования путей переноса и мест накопления МП. Интегральная плотность, размеры, форма частиц МП изменяются в результате действия механизмов различных временных и пространственных масштабов и в зависимости от внешних условий, встречаемых конкретной частицей. Информации по этим процессам пока крайне недостаточно даже на уровне феноменологического описания. В результате этого моделями успешно воспроизводятся в настоящее время главным образом только процессы, связанные с переносом плавучего мусора/МП в открытом море/океане и его накопление в зонах долговременных конвергенций поверхностных течений, в то время как доля плавучего мусора в общей массе пластика в океане оценивается лишь в 1%.
Данный проект нацелен на исследование ряда физических (не-антропогенных) процессов, определяющих перенос, накопление и модификацию свойств частиц МП в прибойной зоне и на верхней/нижней границах морской среды: они обусловливают экспорт МП в воды океана и определяют черты наблюдаемых там распределений. Это: (1) взмучивание частиц МП со дна, покрытого осадками различной крупности, включая исследование роли донной растительности в удержании частиц МП, (2) генерация вторичного МП в прибойной зоне с донным осадком различной грубости и (3) поведение частиц МП при образовании/таянии льда. В план исследований входят лабораторные эксперименты, теоретический анализ, численное моделирование, а также экспедиционные работы: отбор проб воды, донных и пляжевых отложений, кернов льда в прибрежной зоне моря и антропогенно нагруженных лагунах. Планируется разработка ряда методических вопросов отбора проб на содержание МП, извлечения МП из проб и его идентификации с помощью методов колебательной спектроскопии: комбинационного рассеяния, гигантского комбинационного рассеяния, ИК-Фурье спектроскопии. В результате будут (1) разработаны подходы к описанию критической скорости взмучивания однонаправленным постоянным потоком частиц МП различных форм, размеров и плотностей со дна, покрытого естественным осадком различной грубости; выявлена роль донной растительности в удержании/накоплении МП на подводных склонах юго-восточной части Балтийского моря; (2) исследован процесс генерации вторичного МП в прибойной зоне моря, включая оценку роли штормов и влияние грубости осадка пляжей; (3) изучено поведение частиц МП при замерзании/таянии льда на поверхности пресной / солоноватой / морской воды, распределение частиц МП в толще льда, в том числе при повторных циклах замерзания / таяния. Выводы будут верифицированы путём сравнения как с опубликованными данными, так и с натурными данными, собранными целенаправленно в рамках проекта. По результатам работ, будут выработаны варианты параметризаций изученных процессов для граничных условий численных моделей переноса и накопления частиц МП в различных акваториях Мирового океана. Закономерности, полученные в лаборатории и верифицированные на натурных данных, а также применение разработанных параметризаций граничных условий в ранее разработанной коллективом модели переноса частиц МП MARBLE, позволят предложить картосхемы интенсивности генерации частиц МП на берегах Балтийского моря с учётом характера береговых отложений и локального волнового климата, а также анализ наиболее вероятных мест накопления МП в Балтийском море.