Inquinamento atmosferico da metalli pesanti: i muschi come bioindicatori

L’inquinamento atmosferico è un fenomeno alimentato dalle attività umane che degradano progressivamente la qualità dell’aria attraverso l’emissione di una grande varietà di sostanze chimiche nocive per la salute, tra cui i metalli pesanti.

Ne deriva quindi la necessità di monitorare costantemente gli inquinanti atmosferici, in modo da osservare l’evoluzione della loro concentrazione nel tempo e di mettere in atto tutte le misure di mitigazione in casi di emergenza.

In tale contesto, il biomonitoraggio si rivela una efficace tecnica di monitoraggio che prevede l’uso di organismi viventi per rilevare la presenza di inquinanti nell’ambiente. I muschi, in particolare, sono ampiamente riconosciuti come bioindicatori di metalli pesanti atmosferici, che accumulano nei loro tessuti.

Inquinamento atmosferico da metalli pesanti

L’inquinamento atmosferico è un fenomeno dato dall’emissione di una grande varietà di sostanze chimiche inquinanti attraverso le attività di urbanizzazione e industrializzazione. I metalli pesanti sono emessi in forma gassosa, associati a particelle atmosferiche o a goccioline di aerosol, le quali viaggiano lunghe distanze fino a depositarsi sul suolo e altre superfici.

Le principali fonti di emissione dei metalli pesanti sono:

• Antropiche: emissioni generate dall’attività umana, attraverso attività industriali basate sull’utilizzo dei metalli, combustione dei carburanti, attività di scavo e di fonderia.
• Naturali: emissioni generate da fenomeni naturali, come eruzioni vulcaniche ed erosione eolica, che hanno un impatto relativamente basso rispetto alle attività umane.

Le alterazioni dell’ambiente naturale contribuiscono in maniera indiretta all’aumento delle concentrazioni dei metalli pesanti in atmosfera, come la deforestazione, incendi forestali e la desertificazione.

I metalli più monitorati in atmosfera sono arsenico, cadmio, ferro, mercurio, nichel, piombo, rame e zinco. Sono caratterizzati da una elevata persistenza ambientale, rimanendo nell’ambiente finché non subiscono processi di degradazione chimica o microbiologica, oppure trasportati in altri comparti ambientali. Inoltre, possono interagire anche con i componenti del suolo e i sedimenti, formando composti ulteriormente tossici come il metilmercurio (CH₃Hg⁺) derivato dal mercurio inorganico.

Biomonitoraggio dei muschi

Il biomonitoraggio è una tecnica di monitoraggio che prevede l’uso di due categorie distinte di organismi viventi:

• Bioindicatori: organismi viventi sensibili a cambiamenti e stress ambientali, manifestando risposte come danni evidenti e modificazioni morfologiche e fisiologiche.
• Bioaccumulatori: organismi viventi che accumulano e tollerano l’azione delle sostanze tossiche, senza manifestare risposte evidenti alla loro esposizione.

I muschi sono considerati bioaccumulatori, in quanto assimilano prevalentemente nutrienti e composti chimici diffusi in atmosfera attraverso processi di sedimentazione e precipitazione. L’accumulo dei metalli pesanti nei tessuti vegetali avviene grazie agli scambiatori cationici, che trattengono metalli positivi come piombo (Pb²⁺), rame (Cu²⁺) e nichel (Ni²⁺).

Nel monitoraggio ambientale, il muschio viene collocato in dispositivi specifici chiamati moss bags (figura 2 e 3), contenitori formati da reticelle di nylon a maglia di 1-2 mm, chiusi con filo di nylon per formare sacchetti di 3-4 cm. Ciascun sacchetto contiene in media 400 mg di muschio per evitare l’eccessivo riempimento, in modo da lasciare spazi interni per garantire il circolo dell’aria nella parte centrale del campione.

Per questo tipo di monitoraggio è consigliato l’uso delle seguenti specie:

• Hypnum cupressiforme, famiglia Hypnaceae (figura 4).
• Scleropodium purum, famiglia Brachytheciaceae (figura 5).
• Abietinella abietina, famiglia Thuidiaceae (figura 6).

L’esecuzione del biomonitoraggio è descritta in seguito.

Campionamento

Il campionamento è la fase di prelievo dei muschi in natura, preferenzialmente in aree naturali e più possibilmente lontane da fonti di inquinamento. Il prelievo avviene in punti diversi sul tronco di uno o più alberi, a una altezza da terra superiore ai 100 cm per evitare contaminazioni da materiale terrigeno. Il prelievo avviene in toto, senza distinzione tra parti basali più vecchie, di colore bruno, da quelle più giovani, di colore verde.

I campioni di muschio vengono successivamente puliti in laboratorio:

1. Rimozione di elementi estranei, come foglie e terriccio.
2. Unire i vari tappetini per formare un unico campione.
3. Il campione sarà sottoposto a 5 – 7 cicli di lavaggio con acqua distillata per rimuovere gli elementi particellari accumulati.
4. Il campione viene asciugato a temperatura ambiente, su carta da filtro, per 24h.

Il muschio deve essere manipolato con l’uso di guanti per evitare contaminazioni.

Il campione può essere conservato sigillandolo nella carta e conservato in frigorifero e all’asciutto, altrimenti devono essere usati nel più breve tempo possibile una volta preparati.

Esposizione dei campioni, analisi chimiche e interpretazione dati

Successivamente vi è l’esposizione dei moss bags, che devono essere posti a una altezza di circa 1,5 – 2 m dal suolo, fissati con un filo di nylon sui rami più esterni di alberi isolati o su supporti adeguati. Si usano almeno 3 moss bags, con un periodo di esposizione che va’ dalle 4 alle 9 settimane.

L’esposzione è sconsigliata in prossimità di edifici, strade e aree boschive con alta densità fogliare, a meno che una di queste non sia prevista come condizione specifica di monitoraggio. Bisogna anche evitare l’esposizione dei campioni nei periodi di precipitazione frequenti.

Le analisi chimiche sono svolte su tutto il materiale incluso nei moss bags, quantificando la concentrazione dei metalli pesanti accumulati nel muschio, determinati con le seguenti tecniche:

• Spettroscopia di Assorbimento Atomico (AAS).
• Spettrometria di Massa con Plasma Accoppiato Induttivamente (ICP-MS).
• Fluorescenza a Raggi X (FRX).

Le concentrazioni dei metalli pesanti così ottenute vengono analizzati attraverso:

• Analisi di statistica multivariata per studiare le correlazioni tra i metalli pesanti.
• Interpretazione del loro collocamento e disposizione nel territorio tramite software di cartografia computerizzata.

Vantaggi

I vantaggi di questa pratica sono:

• Svolgere monitoraggi su aree vaste o ristrette, e in totale assenza di vegetazione arborea e muschi.
• Monitorare nel tempo i tassi di deposizione.
• Brevi tempi per ottenere risultati.
• Tracciare mappe di deposizione dei composti monitorati, utili per:
  • Individuare le sorgenti di emissione.
  • Trovare i luoghi di collocamento corretti per le centraline di monitoraggio.
  • Studio di modelli di diffusione e deposizione degli inquinanti.
• I risultati possono essere usati negli studi epidemiologici.
• Semplicità delle procedure di analisi.
• Bassi costi di gestione.

Metalli pesanti: rischi per la salute

L’insorgenza di patologie da metalli pesanti atmosferici è principalmente dovuto alla loro respirazione. Eccessive concentrazioni di metalli pesanti in atmosfera possono causare effetti avversi sulla salute umana, come:

• Effetti cancerogeni.
• Effetti tossici, come per esempio:
  • Compromissione dell’attività e sintesi di certe proteine.
  • Neurotossicità, epatotossicità e nefrotossicità.
  • Partecipano alla formazione di radicali liberi.

IARC riconosce come cancerogeni (gruppo 1): alluminio, arsenico, cadmio, cromo V e nichel.

L’azione combinata di tutti gli inquinanti dispersi in atmosfera manifestano prevalentemente patologie a carico dell’apparato respiratorio e cardiovascolare.