Блог компании Seagate. В нашем блоге мы неоднократно подчеркивали важность данных для бизнеса и отдельных пользователей. Не зря данные называют новой нефтью. Нет такой сферы, где современные технологии получения, обработки и анализа данных не привели бы к революционным изменениям. И сегодня мы поговорим об экологии, вернее, о пластиковых отходах, из которых формируются целые острова мусора в океане.

Данные изменили многие подходы к вопросам экологии, и в конечном итоге они помогут решить одну из злободневных проблем человечества.

#Пластик: добро и зло

Вне всякого сомнения, пластик в свое время свершил революцию. Материал из длинных цепочек синтетических полимеров оказался прочным, легким и гибким. Пластик сегодня можно встретить где угодно, от бутылок для напитков до автомобильных запчастей и подгузников.

Изначально бакелит создавался в качестве замены шеллаку — природной смоле, вырабатываемой тропическими насекомыми — лаковыми червецами. Произведя реакцию поликонденсации фенола и формальдегида, Лео Бакеланд сначала получил термопластичную фенолоформальдегидную смолу, которая отверждалась только в присутствии отвердителей. Данный полимер Лео Бакеланд назвал «Novolak», однако успеха на рынке он не имел.

Продолжая исследования в области реакции между фенолом и формальдегидом, а также подбирая различные наполнители (асбестовый порошок и др.), Лео Бакеланд получил полимер, не требующий отвердителей, для которого не смог найти растворителя. Это навело его на мысль, что такой практически нерастворимый и не проводящий электричества полимер может оказаться очень ценным. В 1909 году Лео Бакеланд сообщил о полученном им материале, который он назвал «бакелитом». Данный материал был первым синтетическим реактопластом — пластиком, который не размягчался при высокой температуре.

Первый синтетический пластик Бакелит был изобретен в начале XX века, после чего мир сошел с ума. Если верить Our World in Data, за последние 65 лет ежегодное производство пластика увеличилось почти в 200 раз, до 381 млн. тонн. Пластик повсеместно вошел в жизнь каждого человека на планете.

К сожалению, популярность столь универсального материала негативно сказывается на экологии. По информации Национального управления океанических и атмосферных исследований США и Woods Hole Sea Grant, некоторые виды пластика могут разлагаться до 600 лет. Обочины дорог заполняются пластиковыми отходами, в океане образуются острова из пластика, флора и фауна страдают.

Вот несколько ключевых цифр:

• За свою истории человечество произвело 8,3 млрд тонн пластика;
• Половина этих объемов изготовлена в течение последних 13 лет;
• Около 30% этих объемов до сих пор находятся в использовании;
• Из пластика, оказавшегося на свалке, были переработаны менее 9%;
• 12% были сожжены, еще 79% находятся на свалках;
• Самое короткое использование у упаковочного пластика — в среднем менее года;
• Дольше всего пластиковая продукция используется в строительстве и машинном оборудовании;
• Нынешние тенденции прогнозируют, что к 2050 году человечество изготовит 12 млрд. тонн пластика.

Мировой экономический форум предсказал, что к 2050 году океан будет содержать больше пластика (по весу), чем рыбы. По оценке The Ocean Cleanup Большое тихоокеанское мусорное пятно между Калифорнией и Гавайскими островами имеет площадь в три раза превышающую Францию. Вероятно, на этом участке находится более ста миллионов тонн мусора.

Мусорное пятно занимает большой, относительно стабильный участок на севере Тихого океана, ограниченный Северо-тихоокеанской системой течений (область, которую часто называют «конскими широтами», или широтами штилевого пояса). Водоворот системы собирает мусор со всей северной части Тихого океана, в том числе из прибрежных вод Северной Америки и Японии. Отходы подхватываются поверхностными течениями и постепенно перемещаются к центру водоворота, который не выпускает мусор за свои пределы. Точный размер области неизвестен. Приблизительные оценки площади варьируются от 700 тыс. до 1,5 млн км² и более (от 0,41 % до 0,81 % общей площади Тихого океана).

Печальная статистика вместе с фотографиями погибших от пластика птиц и млекопитающих позволяет оценить масштаб проблемы. Многие морские животные даже принимают пластик как пищу, после чего тоже погибают. За последние годы в социальных сетях стал популярным хештег #plasticfree, на проблему пластика обратили свой взор не только простые обыватели, но и правительственные учреждения и бизнес.

Данные не только помогают проследить пути пластикового мусора и найти подобные мусорные пятна на нашей планете, но и помогают снизить зависимость человечества от пластика.

Где и сколько?

Платформа TOPIOS (Tracking of Plastic in Our Seas) посвящена моделированию движения пластика в мировом океане. Проект координирует доктор Эрик ван Себиль из Университета Утрехта, известный океанолог и исследователь климатических изменений Земли.

Майкл Каандорп, аспирант из Утрехта, занимается сферой машинного обучения, которое поможет рассчитывать модели движения пластика TOPIOS. Каандорп пояснил, что необходимы дополнительные исследования, которые помогут определять конечные точки расположения пластиковых отходов в океане.

«По примерным оценкам счет идет на миллионы тонн пластика в год, причем пока мы можем находить только около одного процента пластиковых отходов, которые остаются плавать на поверхности», — сказал Каандорп.

Платформа TOPIOS как раз помогает найти оставшиеся 99 процентов пластика, скрывающиеся в толще морей и океанов. Цель заключается в том, чтобы оценить распределение пластика по поверхности и разным слоям океана. Сколько пластика оседает на дно и выбрасывается вдоль береговой линии? Сколько съедают морские животные?

Попадая в океан, пластик распадается на миллионы мельчайших частиц под воздействием солнца, ветра, постоянного столкновения друг с другом. Изделия из пластмассы в этих условиях не подлежат биодеградации, пластик только распадается на все более мелкую фракцию, при этом сохраняя полимерную структуру. В результате этого образуются мельчайшие частицы, размером по несколько миллиметров, которые плавают в поверхностном слое океана на гигантских территориях. Морские обитатели питаются этой крошкой, принимая её за планктон, и пластик включается в пищевую цепь животных. В настоящее время масса пластикового антропогенного мусора в зоне мусорных пятен океана больше массы находящегося там зоопланктона в семь раз; специалисты называют такие места «пластиковым супом».

Команда из Университета Утрехта моделирует пути распространения пластикового мусора, используя собранные данные из разных мест океана, а также симуляцию океанских течений в высоком разрешении. В компьютерные модели добавляется «виртуальный пластик», который затем отслеживается через инструментарий oceanparcels с открытым исходным кодом. Код на Python и C доступен на GitHub, где над ним работает как команда TOPIOS, так и энтузиасты со стороны.

«Комбинируя нашу модель и информацию «с полей», отображающую концентрацию пластика в океане, мы создаем карту в пространстве и времени, по которой можно найти, где сосредоточен весь пластик», — сказал Каандорп.

Платформа TOPIOS показывает, где накапливаются отходы пластика. А проект Our World in Data, который находится под патронажем Оксфордского университета и Global Change Data Lab, позволяет получить эти данные в удобной форме всем желающим. Причем можно посмотреть обширные статистические сведения по производству пластика, использованию в разных секторах деятельности человека. Какие страны хуже всего справляются с переработкой пластика и дают больше всего отходов? Какие реки выносят в океан больше всего пластика? Какие океаны можно назвать наиболее загрязненными? Все это вы можете посмотреть в подробном отчете.

База данных по пластику содержит сведения с 1950 годов по наше время, есть даже прогнозы на будущее до 2050 года. Доступ к базе предоставлен в рамках глобальной миссии проекта собрать сведения о «сильных и долгосрочных трендах, меняющих наш мир». Стоит отдать должное создателям сайта за интерактивную визуализацию данных и полезные ссылки на научную литературу.

На сайте можно отследить прогресс выполнения Целей устойчивого развития ООН. Несколько таких целей как раз касаются пластиковых отходов. Например, «к 2025 году предотвратить и существенно снизить загрязнение океана всеми видами отходов».

Команда Our World in Data получает данные из трех основных источников: международные исследовательские организации и институты, опубликованные статьи и документы, информация статистических агентств, в том числе ОЭСР, Всемирный банк, ООН. Обработанные данные используются ведущими изданиями во всем мире, в том числе The New York Times, BBC и El Pais. Причем Our World in Data работает не только над темой пластика, но и, например, бедности и глобального изменения климата.

Сведения, предоставленные TOPIOS и Our World in Data, помогают оценить масштаб проблемы. Теперь остается перейти к ее решению.

#plasticfree — будущее без пластика?

Анализ данных позволяет оценить, насколько успешна деятельность правительств, бизнеса и обывателей. Где можно говорить о достижении результата, а где — о провале.

Как можно видеть по отчету ООН, многие страны приняли законодательные меры, чтобы ограничить использование трех основных составляющих пластиковых отходов: пакеты, одноразовая посуда (например, те же соломинки) и микрогранулы, которые входят в состав средств для лица, гелей для душа, зубных паст.

Как считают авторы отчета, наступил поворотный момент запрета пластиковых пакетов, 66 процентов стран в мире приняли законы, ограничивающие их оборот. Но те же пластиковые микрогранулы запрещены всего в восьми странах из анализируемых 192.

Трудно оценить, какой процент пластикового мусора составляют микрогранулы, поскольку большинство крупномасштабных исследований анализируют общие характеристики и количество микропластика в окружающей среде. Однако, по предварительным оценкам, микрогранулы составляют от 0,4 % до 4,1 % от всего пластикового мусора, находящегося в водной среде. Опасность таких частиц заключается в их размере и, соответственно, лёгком попадании в водную систему. В водной среде микрогранулы становятся частью пищевой цепи, поскольку многие морские обитатели принимают фрагменты пластика за еду. Согласно исследованию 2013 года, более 250 видов морских животных принимали микрогранулы за пищу, в том числе рыбы, черепахи и чайки. При попадании в организм микрогранулы не только лишают их необходимых питательных веществ, но и могут застревать в пищеварительном тракте и закупоривать жабры. Микрогранулы становятся неотъемлемой частью рациона мальков и коралловых полипов, предпочитающих микрогранулы зоопланктону. Также микрогранулы могут переносить и содержать другие адсорбированные загрязняющие вещества, такие как стойкие органические загрязнители и тяжёлые металлы. При употреблении микрогранул вредные вещества попадают в организм биоты.

Как считает Каандорп, для повышения эффективности следует принимать более целенаправленные меры. TOPIOS позволит всем заинтересованным сторонам понять, где находится пластиковый мусор. Например, если пластик быстро тонет и обнаруживается рядом с источниками загрязнения в тех же реках, то следует фокусироваться на очистке данных мест, а не посреди океана. Успех принятых мер по снижению пластиковых отходов будет виден по модели TOPIOS.

«Как мне кажется, можно будет выявлять те страны, которые оказались наиболее успешны в уменьшении пластикового мусора», — добавил Каандорп.

Пример команды Our World in Data показывает, как данные могут менять мир.

Задача поставлена весьма амбициозная: «если мир будет серьезно подходить к достижению поставленных целей, мы будем точно определять прогресс и публиковать результаты в доступной и понятной форме на публичной платформе. Только такой подход позволит сравнивать текущую ситуацию с предыдущими этапами. Мы сможем ответить на вопрос, движемся ли мы в правильном направлении. Либо, наоборот, выбран ошибочный путь».

Будущее без пластика #plasticfree — цель непростая. Здесь потребуются усилия на всех уровнях: государства, бизнеса, обывателей. Только все вместе мы сможем снизить деструктивные последствия деятельности человечества и сохранить природу Земли, флору и фауну. И сила данных нам тоже в этом поможет!