L'Istituto per la Dinamica dei Processi Ambientali
(IDPA) è fortemente impegnato nello studio della contaminazione
chimica a livello planetario attraverso la
partecipazione a numerose spedizioni scientifiche per
il prelievo di campioni, l’analisi di microinquinanti e
l’elaborazione dei dati in zone fortemente antropizzate come la
Laguna di Venezia, l’Adriatico, il Porto di Tangeri, il Vietnam ed in
aree estreme come l’Antartide e l’Everest, il Polo Nord, ecc.
La Laguna di Venezia attrae l’interesse di numerosi ricercatori italiani
e stranieri in quanto rappresenta una vera e propria area campione per
la determinazione dell’inquinamento chimico di varia origine e dell’impatto
conseguente.
IDPA svolge da anni attività di ricerca sui processi che hanno luogo in
Laguna riguardanti la diffusione, la distribuzione, la trasformazione,
ecc. di specie chimiche inorganiche ed organiche allo scopo di approfondire
i fenomeni che condizionano il loro comportamento e ne
determinano l’impatto.
Le attività di ricerca svolte in Laguna di Venezia sono:
1) Speciazione e biodisponibilità di elementi.
Sin dagli anni ’80 il termine “speciazione” era piuttosto diffuso in ambito chimico, ma non aveva ancora un significato univoco e spesso veniva utilizzato in maniera impropria o “personale” da diversi autori, creando confusione e ambiguità.
Solo nel 2000 sono state pubblicate dalla IUPAC le linee guida per un corretto impiego dei termini legati alla speciazione chimica. Oggi perciò tali termini risultano chiari e univoci. Innanzi tutto vengono considerati come specie chimiche distinte tutti i composti chimici che si differenziano per composizione isotopica, conformazione, stato elettronico, o ancora per la natura dei gruppi (sostituenti) ad essi complessati o legati covalentemente; in particolare, a livello di elemento, per specie chimica si intende la specifica forma che assume un elemento che sia caratterizzato da specifiche caratteristiche di composizione isotopica, stato di ossidazione e/o struttura della molecola (o del complesso) di cui fa parte. In chimica analitica vengono indicate come analisi di speciazione tutte quelle procedure analitiche volte all’identificazione e/o quantificazione di una o più singole specie chimiche all’interno di un campione. Infine, per speciazione di un elemento o, in generale, speciazione, si intende la distribuzione di un elemento tra definite specie chimiche all’interno di un certo sistema (ad esempio all’interno di un certo campione o matrice). Speciazione e tossicità.
La speciazione può assumere una notevole importanza in alcuni campi quali, ad esempio, la chimica ambientale, le scienze biologiche e la tossicologia. La speciazione di un elemento, infatti, influenza la sua mobilità nell’ambiente, la sua biodisponibilità (ovvero la frazione disponibile ad essere assimilata da un organismo vivente), le biotrasformazioni e i meccanismi di assorbimento ed eliminazione a cui l’elemento è sottoposto nell’interazione con un organismo. Poiché la tossicità spesso è la conseguenza del bioaccumulo dell’elemento nei tessuti grassi e della sua penetrazione attraverso le membrane cellulari, risulta evidente lo stretto legame tra tossicità e speciazione: uno stesso elemento può risultare estremamente tossico oppure completamente innocuo nei confronti degli stessi organismi, “semplicemente” al variare della forma che assume, e quindi in base alla sua speciazione. Basti pensare che la tossicità di alcuni metalli pesanti, e quindi il loro impatto ambientale, dipende dal loro stato di ossidazione; un chiaro esempio è il noto caso del cromo: nello stato di ossidazione +6 è estremamente tossico e cancerogeno ma nello stato di ossidazione +3 risulta un micronutriente essenziale nei viventi, coinvolto nel normale metabolismo del glucosio. Ciò premesso, risulta evidente che soltanto attraverso studi di speciazione è possibile comprendere al meglio il comportamento chimico di un analita ed attribuire al valore della sua concentrazione totale il giusto significato.
La Laguna di Venezia è un ambiente fortemente antropizzato in cui sono insediate numerose attività produttive che, soprattutto in passato, hanno portato all’immissione nella laguna di una notevole quantità di inquinanti, una buona parte dei quali sono sedimentati nel fondo della laguna stessa. La presenza di queste specie inquinanti ha prodotto un peggioramento nella qualità delle acque con effetti sugli organismi che vivono nelle acque lagunari. Una classe importante di microcomponenti che influenzano le caratteristiche e la qualità delle acque lagunari è costituita da metalli pesanti che quando superano determinati livelli di concentrazione si comportano come inquinanti con notevoli effetti tossicologici. La distribuzione di questi elementi è regolata da processi, che prevedono la interazione con le altre componenti acquatiche, sia di natura inorganica che biologica. Comprendere gli effetti dei metalli sull’ambiente richiede un attento studio di questi processi, che vengono citati come cicli biogeochimici degli elementi.
E’ noto che il comportamento dei metalli negli ambienti acquatici, in particolare l’assimilazione da parte degli organismi, la interazione con il materiale solido sospeso (che influenza la loro distribuzione spaziale e la loro sedimentazione) sono fortemente influenzati dalla forma chimica che questi elementi assumono nelle acque. Differenziare le forme chimiche mediante specifiche analisi viene normalmente definita speciazione chimica degli elementi nelle acque. I ricercatori dell’IDPA hanno intrapreso da diversi anni indagini che tendono a differenziare le forme chimiche stabili di elementi di particolare interesse ambientale e a studiare i processi che controllano la interazione di microelementi metallici con componenti umiche nelle acque lagunari, anche in relazione con i processi che regolano la distribuzione tra componenti disciolte e particolate. Sono state messe a punto metodologie analitiche che fanno ricorso a tecniche accoppiate; metodologie che utilizzano tecniche che provvedono alla separazione di forme chimiche stabili di elementi, come arsenico e mercurio, e ne determinano la concentrazione con tecniche selettive ed estremamente sensibili (HPLC-ICP-MS). E’ stata messa a punto la procedura per la determinazione simultanea di cinque specie stabili dell’arsenico in acque naturali mediante una tecnica accoppiata HPLC-ICP-MS con l’obbiettivo di differenziare forme dell’arsenico che presentano una notevole differenza di tossicità.
Le specie separate sono: arsenobetaina, arsenico(III), acido dimetilarsinico, acido dimetilarsonico e arsenico( V) mediante cromatografia a scambio anionico ed uno spettrometro di massa con sorgente di ioni al plasma (ICP-MS). La metodologia ha i limiti di rilevabilità che consentono la determinazione delle specie di arsenico presenti in campioni di acque naturali. La metodologia è stata utilizzata per determinare la speciazione dell’arsenico nelle acque della laguna di Venezia ed i risultati hanno messo in evidenza che nelle acque prossime alla zona industriale della laguna il contenuto medio dell’arsenico è 1.6 µg/L, corrispondente al valore guida fissato dalle norme vigenti che definiscono lo standard di qualità delle acque lagunari, circa il 40% dell’arsenico è presente in forma di arsenico (V), la forma che risulta più tossica. E’ stata a messa a punto una metodologia per la determinazione delle più importanti specie chimiche assunte dal mercurio nelle acque naturali (Hg2+ e metil-mercurio).
La metodologia prevede una fase di preconcentrazione e la separazione mediante cromatografia liquida accoppiata ad un rivelatore selettivo (ICP-MS) e consente di rilevare concentrazioni inferiori a 0.03 ng/L. Mediante questa metodologia è stato stimato il contenuto di mercurio e metil mercurio nelle acque della laguna centrale e nel microstrato superficiale delle acque della laguna di Venezia; quest’ultima parte delle acque naturali riveste un ruolo particolarmente importante perché è quella coinvolta negli scambi di componenti tra acqua e atmosfera. Sono stati eseguiti studi sul complessamento di cadmio, rame e zinco con leganti organici naturali in matrici acquose mediante tecniche elettroanalitiche. Le metodologie sono state applicate per valutare la relazione tra speciazione e la partizione tra fase disciolta e la fase particellata dei metalli nelle acque della laguna.
Le indagini condotte per alcuni anni hanno messo in evidenza un ruolo particolarmente importante del materiale organico nella sedimentazione di cadmio e rame. L’applicazione di queste tecniche ha inoltre consentito di studiare gli effetti del complessamento con materiale umico sulla tossicità di cadmio e rame utilizzando particelle sub-cellulari come sensori biochimici. Lo studio della speciazione dello zinco nelle acque della laguna di Venezia ha messo in evidenza che meno del 5% di questo è in forma inorganica, il rimanente è presente in forma complessata con leganti organici macromolecolari. Il complessamento dello zinco con leganti organici può avere un ruolo particolarmente importante nei processi che regolano la sua distribuzione e la sua biodisponibilità, un ruolo essenziale per valutare gli effetti ambientali dell’inquinamento da parte di questo elemento. Questi risultati dimostrano la necessità che il legislatore si avvalga dei più recenti saperi scientifici nella elaborazione delle normative ambientali sulla qualità delle acque.
2) Microinquinanti organici
Nell’ultimo decennio, a partire dal progetto “Sistema Lagunare Veneziano”, sono state condotte numerose indagini che, nonostante abbiano prodotto una notevolissima massa di dati, non hanno ancora consentito di chiarire alcuni processi chiave quali: trasporto di inquinanti entro il sistema; mobilità degli inquinanti in funzione della speciazione; previsione degli effetti di fattori naturali ed antropici sulla disponibilità dei contaminanti; bioaccumulo in specie chiave della laguna; effetti dei contaminanti sia sulla fauna che sulla popolazione umana; valutazione su basi scientifiche dei valori di soglia. D’altra parte, per un sistema come la laguna di Venezia, che in passato è stata oggetto di notevoli apporti di specie inquinanti, è necessario sviluppare una strategia di salvaguardia basata su rigorose valutazioni scientifiche. I policlorobifenili (PCB), e le policlorodibenzodiossine policlorodibenzofurani (PCDD/PCDF) sono gli inquinanti organici persistenti tra i più pericolosi.
Essi sono presenti in laguna, specialmente nei canali dell’area industriale. I PCB sono microinquinanti ubiquitari di origine esclusivamente antropica non più in produzione, caratterizzati da elevata stabilità chimica e, a causa del loro elevato carattere lipofilico, hanno tendenza al bioaccumulo ed entrano nella catena alimentare. Alcuni congeneri, infine, hanno mostrato un elevato grado di tossicità per le forme di vita evolute. Per questi motivi i PCB possono essere usati come traccianti di contaminazione e sono adatti allo studio della caratterizzazione delle matrici ambientali, allo studio dei processi di trasporto tra aree geografiche diverse, allo studio dei flussi di inquinanti all’interfaccia acqua-sedimento, allo studio dei flussi acqua-aria, ecc. I PCDD/PCDDF, sono composti chimici che si possono ottenere da combustioni incontrollate coinvolgenti sostanze organiche contenenti anelli aromatici e sostanze clorurate (ad esempio plastiche), e sono tristemente famosi per rari ma gravissimi episodi di contaminazione ambientale ed avvelenamento.
La linea di ricerca attuale di IDPA ha come obbiettivo principale l’analisi di tali composti nei vari comparti ambientali, con lo scopo di ottenere una conoscenza del comportamento del sistema e della sua reazione a cambiamenti. Per raggiungere questo obiettivo è necessario aumentare le conoscenze sui meccanismi che controllano il movimento dei contaminanti attraverso le componenti ambientali (aria, acqua, sedimenti, biota, uomo) e integrare queste conoscenze mediante lo sviluppo di modelli multicompartimentali che descrivano i bilanci di massa ed il destino di diverse specie chimiche. Il modello sarà uno strumento di fondamentale valore che consentirà ai decisori ed Enti preposti al monitoraggio dell’ambiente di promuovere iniziative per la salvaguardia della laguna dalla contaminazione. In particolare, la possibilità di stabilire un legame quantitativo tra input, distribuzione, esposizione e rischio, ci mette nella posizione di controllare quanto funzionali siano gli attuali limiti di legge per gli scarichi. Nell’ambito di questi progetti, è stato possibile mettere a punto e/o perfezionare metodologie analitiche e strumentali sempre più efficienti atte alla determinazione di questi composti nei vari comparti ambientali (sedimenti, acque sub-superficiali, acque di microlayer, materiale particellare sospeso, biota).
Le conoscenze analitiche e ambientali acquisite nell’ambito di questi studi su un sistema così complesso come quello lagunare, hanno consentito di estendere gli studi a sistemi ambientali simili (lagunari, marino-costieri), presenti in aree remote del pianeta.
L’obbiettivo è quello di ottenere informazioni sui livelli di contaminazione a livello planetario e, sulla base dell’acquisizione di tali informazioni, confrontare le dinamiche di contaminazione delle varie aree e fornire gli input necessari per l’elaborazione di un modello globale. Particolarmente interessanti sono gli studi in quei Paesi ove lo sviluppo tecnologico/industriale è da poco iniziato, e quindi sono particolarmente esposti alle problematiche relative alla contaminazione chimica, anche in virtù di una legislazione locale in materia decisamente arretrata. Attualmente, sono avviati progetti di studio con il Vietnam, con il Marocco e con il Messico.
3) Aerosol
Le attività di ricerca dell’IDPA nella laguna di Venezia riguardano anche lo studio dei processi e dei meccanismi di trasporto e diffusione di inquinanti inorganici ed organici sia a livello locale- regionale che a livello globale soprattutto dovuto al ruolo svolto dall’aerosol.
In particolare viene valutata la composizione chimica delle polveri sottili (PM10 e PM2,5); vengono quantificati gli apporti di microinquinanti organici (policlorobifenili, idrocarburi policiclici aromatici; idrocarburi alifatici) e di elementi metallici nella laguna di Venezia dovuti all'aerosol; vengono stimati i flussi all’interfaccia acquaatmosfera di inquinanti inorganici (metalli in traccia) ed organici persistenti (idrocarburi policiclici aromatici, policlorobifenili) veicolati dalle deposizioni atmosferiche secche ed umide e dalla frazione fine dell’aerosol atmosferico (PM2,5). Allo scopo di ottenere dati affidabili vengono adottate rigorose procedure di controllo della metodologia analitica, tese alla valutazione dell’accuratezza, della precisione e all’identificazione di fonti di contaminazione dei campioni.
Queste procedure sono fondamentali in questi studi date le concentrazioni degli analiti a livelli di tracce ed ultratracce che necessitano, per la loro determinazione, di strumentazioni sofisticate (quali ICP-MS, HRGC-HRMS e LC-MS/MS) e di metodologie analitiche avanzate. I risultati ottenuti permettono di individuare le principali fonti di contaminazione delle polveri sottili e di quantificare gli apporti di inquinanti organici (PCB, IPA ecc..) ed inorganici (Pb, Cd, Zn, Cu ecc..) al sistema acquatico della laguna di Venezia. Gli studi effettuati e soprattutto i risultati ottenuti rappresentano un importante contributo a disposizione degli organi decisionali per il controllo dell’inquinamento atmosferico. IDPA è fortemente impegnato nell’attività di formazione e di diffusione della cultura scientifica in stretta collaborazione con l’Università, il Ministero dell’Istruzione e le scuole medie superiori soprattutto per quanto riguarda l’inquinamento atmosferico da polveri sottili. L’IDPA inoltre effettua studi sugli effetti dei cambiamenti climatici sulla laguna di Venezia.
In particolare viene indagata l’influenza dei cambiamenti climatici sulla produzione marina di composti organici solforati volatili importanti per la formazione di aerosol atmosferico. L’indagine viene condotta nell’ecosistema marino delle lagune di Venezia, Grado e Marano e del nord Adriatico.
4) Scambi acqua/sedimento
La Laguna di Venezia è un ambiente particolare, antropizzato a causa di impatti industriali, agricoli e civili e nel quale si sono insediate numerose attività produttive che, specie per il passato, hanno immesso nella laguna rilevanti quantità di inquinanti la cui presenza ha comportato un lento e progressivo degrado dell’ambiente lagunare.
È perciò importante conoscere gli scambi che avvengono tra i vari comparti ambientali (bacino scolante, acqua, sedimento) per capire il destino degli elementi che arrivano in laguna dalle aree circostanti ed il loro potenziale effetto negativo sia su flora e fauna lagunare che sull’uomo. Nei sedimenti della laguna infatti si accumulano molti elementi potenzialmente pericolosi e, anche se tali possibili inquinanti sono al momento bloccati nel sedimento, essi possono essere riportati nelle acque lagunari e quindi costituire un rischio per la salute in seguito al variare di alcune condizioni del sistema lagunare o di interventi di rimozione di sedimento o di apertura di canali. I ricercatori dell’IDPA da diversi anni svolgono indagini sul sistema “Laguna di Venezia” proprio allo scopo di conoscere gli scambi che avvengono tra acqua e sedimento.
A questo scopo sono stati effettuati degli esperimenti nell’ambito del progetto CORILA per la salvaguardia della Laguna di Venezia che hanno portato al prelievo di una serie di campioni di acqua e sedimento da una zona confinata della Laguna. In tale zona è stato possibile simulare condizioni particolari di ossigenazione, salinità, acidità delle acque (pH), temperatura, allo scopo di studiare il progressivo rilascio di elementi in traccia (Al, As, Cd, Cu, Fe, Mn, Mo, Sb, U, V e Zn) dal sedimento verso l’acqua qualora si dovessero verificare, come purtroppo è gia avvenuto per il passato, situazioni in cui gli scambi con il mare siano ridotti e lo sviluppo abnorme di alghe porti ad uno stato di anossia o ipo-ossigenazione delle acque.
I risultati ottenuti hanno messo in evidenza come sia la risospensione del sedimento che la variazione di condizioni chimico-fisiche (ossigeno disciolto, salinità, temperatura, pH) possano portare ad una rimobilizzazione verso l’acqua di elementi inquinanti temporaneamente intrappolati nel sedimento. Il sedimento dunque può essere considerato un’importante sorgente di contaminanti sia per quanto riguarda la rimobilizzazione “meccanica” (ad opera dell’uomo o di particolari eventi naturali) che per variazioni di ossigenazione, temperatura e pH legati ad eventi stagionali (scarsità di ricambio con il mare aperto e/o di precipitazioni, temperature eccessive).
La complessità del sistema lagunare veneziano richiederà un ulteriore impegno da parte della comunità scientifica e di IDPA per affrontare le nuove emergenze generate dai cambiamenti climatici ed in particolare per monitorare gli effetti sui cicli biogeochimici degli inquinanti. La messa a punto di tecniche di risanamento e di recupero dei sedimenti contaminati presenti in quantità considerevoli nei fondali della laguna rappresenta per IDPA un obiettivo immediato. Naturalmente le attività di ricerca descritte, peraltro non le uniche (citiamo ad esempio quelle di grande attualità riguardanti il global change), hanno prodotto risultati scientifici da noi pubblicati sulle più qualificate riviste scientifiche internazionali.
Le attività di ricerca svolte in Laguna di Venezia sono: 1) Speciazione e biodisponibilità di elementi.
Sin dagli anni ’80 il termine “speciazione” era piuttosto diffuso in ambito chimico, ma non aveva ancora un significato univoco e spesso veniva utilizzato in maniera impropria o “personale” da diversi autori, creando confusione e ambiguità.
Solo nel 2000 sono state pubblicate dalla IUPAC le linee guida per un corretto impiego dei termini legati alla speciazione chimica. Oggi perciò tali termini risultano chiari e univoci. Innanzi tutto vengono considerati come specie chimiche distinte tutti i composti chimici che si differenziano per composizione isotopica, conformazione, stato elettronico, o ancora per la natura dei gruppi (sostituenti) ad essi complessati o legati covalentemente; in particolare, a livello di elemento, per specie chimica si intende la specifica forma che assume un elemento che sia caratterizzato da specifiche caratteristiche di composizione isotopica, stato di ossidazione e/o struttura della molecola (o del complesso) di cui fa parte. In chimica analitica vengono indicate come analisi di speciazione tutte quelle procedure analitiche volte all’identificazione e/o quantificazione di una o più singole specie chimiche all’interno di un campione. Infine, per speciazione di un elemento o, in generale, speciazione, si intende la distribuzione di un elemento tra definite specie chimiche all’interno di un certo sistema (ad esempio all’interno di un certo campione o matrice). Speciazione e tossicità.
La speciazione può assumere una notevole importanza in alcuni campi quali, ad esempio, la chimica ambientale, le scienze biologiche e la tossicologia. La speciazione di un elemento, infatti, influenza la sua mobilità nell’ambiente, la sua biodisponibilità (ovvero la frazione disponibile ad essere assimilata da un organismo vivente), le biotrasformazioni e i meccanismi di assorbimento ed eliminazione a cui l’elemento è sottoposto nell’interazione con un organismo. Poiché la tossicità spesso è la conseguenza del bioaccumulo dell’elemento nei tessuti grassi e della sua penetrazione attraverso le membrane cellulari, risulta evidente lo stretto legame tra tossicità e speciazione: uno stesso elemento può risultare estremamente tossico oppure completamente innocuo nei confronti degli stessi organismi, “semplicemente” al variare della forma che assume, e quindi in base alla sua speciazione. Basti pensare che la tossicità di alcuni metalli pesanti, e quindi il loro impatto ambientale, dipende dal loro stato di ossidazione; un chiaro esempio è il noto caso del cromo: nello stato di ossidazione +6 è estremamente tossico e cancerogeno ma nello stato di ossidazione +3 risulta un micronutriente essenziale nei viventi, coinvolto nel normale metabolismo del glucosio. Ciò premesso, risulta evidente che soltanto attraverso studi di speciazione è possibile comprendere al meglio il comportamento chimico di un analita ed attribuire al valore della sua concentrazione totale il giusto significato.
La Laguna di Venezia è un ambiente fortemente antropizzato in cui sono insediate numerose attività produttive che, soprattutto in passato, hanno portato all’immissione nella laguna di una notevole quantità di inquinanti, una buona parte dei quali sono sedimentati nel fondo della laguna stessa. La presenza di queste specie inquinanti ha prodotto un peggioramento nella qualità delle acque con effetti sugli organismi che vivono nelle acque lagunari. Una classe importante di microcomponenti che influenzano le caratteristiche e la qualità delle acque lagunari è costituita da metalli pesanti che quando superano determinati livelli di concentrazione si comportano come inquinanti con notevoli effetti tossicologici. La distribuzione di questi elementi è regolata da processi, che prevedono la interazione con le altre componenti acquatiche, sia di natura inorganica che biologica. Comprendere gli effetti dei metalli sull’ambiente richiede un attento studio di questi processi, che vengono citati come cicli biogeochimici degli elementi.
E’ noto che il comportamento dei metalli negli ambienti acquatici, in particolare l’assimilazione da parte degli organismi, la interazione con il materiale solido sospeso (che influenza la loro distribuzione spaziale e la loro sedimentazione) sono fortemente influenzati dalla forma chimica che questi elementi assumono nelle acque. Differenziare le forme chimiche mediante specifiche analisi viene normalmente definita speciazione chimica degli elementi nelle acque. I ricercatori dell’IDPA hanno intrapreso da diversi anni indagini che tendono a differenziare le forme chimiche stabili di elementi di particolare interesse ambientale e a studiare i processi che controllano la interazione di microelementi metallici con componenti umiche nelle acque lagunari, anche in relazione con i processi che regolano la distribuzione tra componenti disciolte e particolate. Sono state messe a punto metodologie analitiche che fanno ricorso a tecniche accoppiate; metodologie che utilizzano tecniche che provvedono alla separazione di forme chimiche stabili di elementi, come arsenico e mercurio, e ne determinano la concentrazione con tecniche selettive ed estremamente sensibili (HPLC-ICP-MS). E’ stata messa a punto la procedura per la determinazione simultanea di cinque specie stabili dell’arsenico in acque naturali mediante una tecnica accoppiata HPLC-ICP-MS con l’obbiettivo di differenziare forme dell’arsenico che presentano una notevole differenza di tossicità.
Le specie separate sono: arsenobetaina, arsenico(III), acido dimetilarsinico, acido dimetilarsonico e arsenico( V) mediante cromatografia a scambio anionico ed uno spettrometro di massa con sorgente di ioni al plasma (ICP-MS). La metodologia ha i limiti di rilevabilità che consentono la determinazione delle specie di arsenico presenti in campioni di acque naturali. La metodologia è stata utilizzata per determinare la speciazione dell’arsenico nelle acque della laguna di Venezia ed i risultati hanno messo in evidenza che nelle acque prossime alla zona industriale della laguna il contenuto medio dell’arsenico è 1.6 µg/L, corrispondente al valore guida fissato dalle norme vigenti che definiscono lo standard di qualità delle acque lagunari, circa il 40% dell’arsenico è presente in forma di arsenico (V), la forma che risulta più tossica. E’ stata a messa a punto una metodologia per la determinazione delle più importanti specie chimiche assunte dal mercurio nelle acque naturali (Hg2+ e metil-mercurio).
La metodologia prevede una fase di preconcentrazione e la separazione mediante cromatografia liquida accoppiata ad un rivelatore selettivo (ICP-MS) e consente di rilevare concentrazioni inferiori a 0.03 ng/L. Mediante questa metodologia è stato stimato il contenuto di mercurio e metil mercurio nelle acque della laguna centrale e nel microstrato superficiale delle acque della laguna di Venezia; quest’ultima parte delle acque naturali riveste un ruolo particolarmente importante perché è quella coinvolta negli scambi di componenti tra acqua e atmosfera. Sono stati eseguiti studi sul complessamento di cadmio, rame e zinco con leganti organici naturali in matrici acquose mediante tecniche elettroanalitiche. Le metodologie sono state applicate per valutare la relazione tra speciazione e la partizione tra fase disciolta e la fase particellata dei metalli nelle acque della laguna.
Le indagini condotte per alcuni anni hanno messo in evidenza un ruolo particolarmente importante del materiale organico nella sedimentazione di cadmio e rame. L’applicazione di queste tecniche ha inoltre consentito di studiare gli effetti del complessamento con materiale umico sulla tossicità di cadmio e rame utilizzando particelle sub-cellulari come sensori biochimici. Lo studio della speciazione dello zinco nelle acque della laguna di Venezia ha messo in evidenza che meno del 5% di questo è in forma inorganica, il rimanente è presente in forma complessata con leganti organici macromolecolari. Il complessamento dello zinco con leganti organici può avere un ruolo particolarmente importante nei processi che regolano la sua distribuzione e la sua biodisponibilità, un ruolo essenziale per valutare gli effetti ambientali dell’inquinamento da parte di questo elemento. Questi risultati dimostrano la necessità che il legislatore si avvalga dei più recenti saperi scientifici nella elaborazione delle normative ambientali sulla qualità delle acque.
2) Microinquinanti organici
Nell’ultimo decennio, a partire dal progetto “Sistema Lagunare Veneziano”, sono state condotte numerose indagini che, nonostante abbiano prodotto una notevolissima massa di dati, non hanno ancora consentito di chiarire alcuni processi chiave quali: trasporto di inquinanti entro il sistema; mobilità degli inquinanti in funzione della speciazione; previsione degli effetti di fattori naturali ed antropici sulla disponibilità dei contaminanti; bioaccumulo in specie chiave della laguna; effetti dei contaminanti sia sulla fauna che sulla popolazione umana; valutazione su basi scientifiche dei valori di soglia. D’altra parte, per un sistema come la laguna di Venezia, che in passato è stata oggetto di notevoli apporti di specie inquinanti, è necessario sviluppare una strategia di salvaguardia basata su rigorose valutazioni scientifiche. I policlorobifenili (PCB), e le policlorodibenzodiossine policlorodibenzofurani (PCDD/PCDF) sono gli inquinanti organici persistenti tra i più pericolosi.
Essi sono presenti in laguna, specialmente nei canali dell’area industriale. I PCB sono microinquinanti ubiquitari di origine esclusivamente antropica non più in produzione, caratterizzati da elevata stabilità chimica e, a causa del loro elevato carattere lipofilico, hanno tendenza al bioaccumulo ed entrano nella catena alimentare. Alcuni congeneri, infine, hanno mostrato un elevato grado di tossicità per le forme di vita evolute. Per questi motivi i PCB possono essere usati come traccianti di contaminazione e sono adatti allo studio della caratterizzazione delle matrici ambientali, allo studio dei processi di trasporto tra aree geografiche diverse, allo studio dei flussi di inquinanti all’interfaccia acqua-sedimento, allo studio dei flussi acqua-aria, ecc. I PCDD/PCDDF, sono composti chimici che si possono ottenere da combustioni incontrollate coinvolgenti sostanze organiche contenenti anelli aromatici e sostanze clorurate (ad esempio plastiche), e sono tristemente famosi per rari ma gravissimi episodi di contaminazione ambientale ed avvelenamento.
La linea di ricerca attuale di IDPA ha come obbiettivo principale l’analisi di tali composti nei vari comparti ambientali, con lo scopo di ottenere una conoscenza del comportamento del sistema e della sua reazione a cambiamenti. Per raggiungere questo obiettivo è necessario aumentare le conoscenze sui meccanismi che controllano il movimento dei contaminanti attraverso le componenti ambientali (aria, acqua, sedimenti, biota, uomo) e integrare queste conoscenze mediante lo sviluppo di modelli multicompartimentali che descrivano i bilanci di massa ed il destino di diverse specie chimiche. Il modello sarà uno strumento di fondamentale valore che consentirà ai decisori ed Enti preposti al monitoraggio dell’ambiente di promuovere iniziative per la salvaguardia della laguna dalla contaminazione. In particolare, la possibilità di stabilire un legame quantitativo tra input, distribuzione, esposizione e rischio, ci mette nella posizione di controllare quanto funzionali siano gli attuali limiti di legge per gli scarichi. Nell’ambito di questi progetti, è stato possibile mettere a punto e/o perfezionare metodologie analitiche e strumentali sempre più efficienti atte alla determinazione di questi composti nei vari comparti ambientali (sedimenti, acque sub-superficiali, acque di microlayer, materiale particellare sospeso, biota).
Le conoscenze analitiche e ambientali acquisite nell’ambito di questi studi su un sistema così complesso come quello lagunare, hanno consentito di estendere gli studi a sistemi ambientali simili (lagunari, marino-costieri), presenti in aree remote del pianeta.
L’obbiettivo è quello di ottenere informazioni sui livelli di contaminazione a livello planetario e, sulla base dell’acquisizione di tali informazioni, confrontare le dinamiche di contaminazione delle varie aree e fornire gli input necessari per l’elaborazione di un modello globale. Particolarmente interessanti sono gli studi in quei Paesi ove lo sviluppo tecnologico/industriale è da poco iniziato, e quindi sono particolarmente esposti alle problematiche relative alla contaminazione chimica, anche in virtù di una legislazione locale in materia decisamente arretrata. Attualmente, sono avviati progetti di studio con il Vietnam, con il Marocco e con il Messico.
3) Aerosol
Le attività di ricerca dell’IDPA nella laguna di Venezia riguardano anche lo studio dei processi e dei meccanismi di trasporto e diffusione di inquinanti inorganici ed organici sia a livello locale- regionale che a livello globale soprattutto dovuto al ruolo svolto dall’aerosol.
In particolare viene valutata la composizione chimica delle polveri sottili (PM10 e PM2,5); vengono quantificati gli apporti di microinquinanti organici (policlorobifenili, idrocarburi policiclici aromatici; idrocarburi alifatici) e di elementi metallici nella laguna di Venezia dovuti all'aerosol; vengono stimati i flussi all’interfaccia acquaatmosfera di inquinanti inorganici (metalli in traccia) ed organici persistenti (idrocarburi policiclici aromatici, policlorobifenili) veicolati dalle deposizioni atmosferiche secche ed umide e dalla frazione fine dell’aerosol atmosferico (PM2,5). Allo scopo di ottenere dati affidabili vengono adottate rigorose procedure di controllo della metodologia analitica, tese alla valutazione dell’accuratezza, della precisione e all’identificazione di fonti di contaminazione dei campioni.
Queste procedure sono fondamentali in questi studi date le concentrazioni degli analiti a livelli di tracce ed ultratracce che necessitano, per la loro determinazione, di strumentazioni sofisticate (quali ICP-MS, HRGC-HRMS e LC-MS/MS) e di metodologie analitiche avanzate. I risultati ottenuti permettono di individuare le principali fonti di contaminazione delle polveri sottili e di quantificare gli apporti di inquinanti organici (PCB, IPA ecc..) ed inorganici (Pb, Cd, Zn, Cu ecc..) al sistema acquatico della laguna di Venezia. Gli studi effettuati e soprattutto i risultati ottenuti rappresentano un importante contributo a disposizione degli organi decisionali per il controllo dell’inquinamento atmosferico. IDPA è fortemente impegnato nell’attività di formazione e di diffusione della cultura scientifica in stretta collaborazione con l’Università, il Ministero dell’Istruzione e le scuole medie superiori soprattutto per quanto riguarda l’inquinamento atmosferico da polveri sottili. L’IDPA inoltre effettua studi sugli effetti dei cambiamenti climatici sulla laguna di Venezia.
In particolare viene indagata l’influenza dei cambiamenti climatici sulla produzione marina di composti organici solforati volatili importanti per la formazione di aerosol atmosferico. L’indagine viene condotta nell’ecosistema marino delle lagune di Venezia, Grado e Marano e del nord Adriatico.
4) Scambi acqua/sedimento
La Laguna di Venezia è un ambiente particolare, antropizzato a causa di impatti industriali, agricoli e civili e nel quale si sono insediate numerose attività produttive che, specie per il passato, hanno immesso nella laguna rilevanti quantità di inquinanti la cui presenza ha comportato un lento e progressivo degrado dell’ambiente lagunare.
È perciò importante conoscere gli scambi che avvengono tra i vari comparti ambientali (bacino scolante, acqua, sedimento) per capire il destino degli elementi che arrivano in laguna dalle aree circostanti ed il loro potenziale effetto negativo sia su flora e fauna lagunare che sull’uomo. Nei sedimenti della laguna infatti si accumulano molti elementi potenzialmente pericolosi e, anche se tali possibili inquinanti sono al momento bloccati nel sedimento, essi possono essere riportati nelle acque lagunari e quindi costituire un rischio per la salute in seguito al variare di alcune condizioni del sistema lagunare o di interventi di rimozione di sedimento o di apertura di canali. I ricercatori dell’IDPA da diversi anni svolgono indagini sul sistema “Laguna di Venezia” proprio allo scopo di conoscere gli scambi che avvengono tra acqua e sedimento.
A questo scopo sono stati effettuati degli esperimenti nell’ambito del progetto CORILA per la salvaguardia della Laguna di Venezia che hanno portato al prelievo di una serie di campioni di acqua e sedimento da una zona confinata della Laguna. In tale zona è stato possibile simulare condizioni particolari di ossigenazione, salinità, acidità delle acque (pH), temperatura, allo scopo di studiare il progressivo rilascio di elementi in traccia (Al, As, Cd, Cu, Fe, Mn, Mo, Sb, U, V e Zn) dal sedimento verso l’acqua qualora si dovessero verificare, come purtroppo è gia avvenuto per il passato, situazioni in cui gli scambi con il mare siano ridotti e lo sviluppo abnorme di alghe porti ad uno stato di anossia o ipo-ossigenazione delle acque.
I risultati ottenuti hanno messo in evidenza come sia la risospensione del sedimento che la variazione di condizioni chimico-fisiche (ossigeno disciolto, salinità, temperatura, pH) possano portare ad una rimobilizzazione verso l’acqua di elementi inquinanti temporaneamente intrappolati nel sedimento. Il sedimento dunque può essere considerato un’importante sorgente di contaminanti sia per quanto riguarda la rimobilizzazione “meccanica” (ad opera dell’uomo o di particolari eventi naturali) che per variazioni di ossigenazione, temperatura e pH legati ad eventi stagionali (scarsità di ricambio con il mare aperto e/o di precipitazioni, temperature eccessive).
La complessità del sistema lagunare veneziano richiederà un ulteriore impegno da parte della comunità scientifica e di IDPA per affrontare le nuove emergenze generate dai cambiamenti climatici ed in particolare per monitorare gli effetti sui cicli biogeochimici degli inquinanti. La messa a punto di tecniche di risanamento e di recupero dei sedimenti contaminati presenti in quantità considerevoli nei fondali della laguna rappresenta per IDPA un obiettivo immediato. Naturalmente le attività di ricerca descritte, peraltro non le uniche (citiamo ad esempio quelle di grande attualità riguardanti il global change), hanno prodotto risultati scientifici da noi pubblicati sulle più qualificate riviste scientifiche internazionali.