Tra il 1800 e il 1945 iniziarono ad essere fabbricati e utilizzati in modo esponenziale i primi prodotti chimici man mano che la popolazione cresceva. La maggior parte di questi prodotti erano realizzati in metalli o derivati. Parallelamente all'aumento dell'uso di prodotti chimici, è aumentata anche la loro comparsa nelle acque. I metalli pesanti provengono principalmente dalla natura ma quando la loro struttura viene modificata o entrano in contatto con esseri viventi possono causare effetti sulla salute e persino la morte e destabilizzare gli ecosistemi acquatici. In Green Ecologist te lo spieghiamo come si verifica l'inquinamento da metalli pesanti nell'acqua e le sue conseguenze.
Cosa sono i metalli pesanti ed esempi
I metalli pesanti sono un gruppo di elementi chimici i cui pesi atomici sono compresi tra 63,55 (rame) e 200,59 g/mol (mercurio), e la loro densità varia tra 4 e 7 g/cm3. Il metalli pesanti più usati e conosciuti per i loro problemi ambientali sono:
- Piombo (Pb).
- Mercurio (Hg).
- Zinco (Zn).
- Cadmio (Cd).
- Rame (Cu).
- Molibdeno (Mo).
- Manganese (Mn).
- Nichel (Ni), tra gli altri.
Sono inclusi anche altri elementi tossici più leggeri come:
- Alluminio (Al).
- Berillio (Be).
- Arsenico (As).
I metalli pesanti provengono da a ampia varietà di caratteri, sia naturali che artificiali:
- Il Fonti naturali corrispondono a minerali ricchi di metalli provenienti dal substrato roccioso o dai vulcani.
- Il fonti antropiche o artificiali corrispondono a giacimenti minerari, industrie e fonti di energia e tutto ciò che riguarda il loro trasporto.
Vari metalli pesanti sono essenziali per il corretto funzionamento dell'ecosistema. Metalli come ferro, rame, zinco e molibdeno sono necessari per piante e animali poiché fanno parte di enzimi e altre proteine. Ad esempio, l'emocianina, una proteina del plasma sanguigno responsabile dello scambio di gas in crostacei, molluschi e aracnidi, contiene rame. Soprattutto in mare, ma anche in acqua dolce, il ferro agisce come fattore limitante nella produzione primaria, mentre il molibdeno agisce come fattore limitante nella velocità di fissazione dell'azoto. Questi metalli devono essere presente in natura a basse concentrazioni ma se sono in concentrazioni più elevate, anche di poco, possono essere tossici. Altri metalli pesanti come arsenico, cadmio, piombo e mercurio sono semplicemente tossici e non sono necessari nelle attività biologiche.
Come si verifica l'inquinamento da metalli pesanti nell'acqua
Appare l'inquinamento ambientale con metalli pesanti quando l'estrazione e l'uso di questi è intensificato. Lo sviluppo urbano ha anche contribuito all'immissione di metalli pesanti nell'ambiente, poiché per urbanizzare è necessario trasformare il suolo e il substrato roccioso sottostante. Inoltre, anche le acque reflue non trattate, il percolato di discarica o lo scarico di rifiuti nell'ambiente sono una fonte di contaminazione da metalli pesanti.
Il attività industriale e mineraria È responsabile del rilascio nell'ambiente di piombo, mercurio, cadmio, arsenico e cromo, dannosi sia per la salute umana che per altri esseri viventi.
Gran parte del piombo viene rilasciato dal riciclaggio di batterie e rifiuti industriali come saldature, metalli, rivestimenti per cavi, ecc. Il piombo inquina l'acqua attraverso i sali idrosolubili che si generano principalmente nell'industria del vernice e pirotecnica, nella produzione di ceramica smaltata, nelle tecniche di fototermografia e colorazione del vetro, nella produzione di prodotti chimici come il piombo tetraetile (antidetonante nella benzina) e nell'industria mineraria, tra gli altri.
Il mercurio ha la caratteristica speciale che in uno stato ambientale è allo stato liquido. Tuttavia, non è tossico come i suoi vapori e derivati. Alcuni composti del mercurio provengono da fabbriche di cloruro di polivinile (PVC) e altri composti clorurati, pitture fungicide e pesticidi, detonatori esplosivi e plastica, da attività minerarie come l'estrazione di cinabro (minerale di solfuro di mercurio), oro e argento e dalle raffinerie di petrolio.
UN piccola parte dell'inquinamento delle acque con mercurio viene dal attività biologica. Alcuni batteri anaerobi che vivono sul fondo dei laghi sono in grado di trasformare il mercurio e altri derivati inorganici in composti organici del mercurio mediante processi di metilazione (aggiunta di gruppi -CH3).
Un altro metallo particolarmente tossico è il cadmio, che tende a formare composti acquosi. I composti di cadmio più utilizzati nell'industria sono i complessi di alogenuro, il cianuro e l'ammina. Il cadmio inquina l'acqua principalmente da scarichi di acque reflue materie prime provenienti da industrie come finitura metalli, elettronica, leghe di ferro e produzione ferro e zinco, produzione pigmenti (vernici e coloranti), batterie (cadmio, nichel), stabilizzanti plastici, fungicidi, di trattamenti come l'elettrodeposizione e il suo utilizzo nei reattori nucleari.
Alcuni derivati del cadmio sono usati come catalizzatori e i loro sali di acidi organici (laurato, stearato o benzoato di cadmio) sono usati come stabilizzatori di luce e temperatura in plastica. Questi stabilizzanti possono contaminare gli alimenti se conservati nelle plastiche che li contengono.
I cianuri, provenienti dall'industria galvanica, dalle raffinerie e dalla pulitura dei metalli, vengono scaricati nelle acque reflue, contaminando gli ecosistemi acquatici. Altri metalli come arsenico, rame e cromo sono ampiamente usati come conservanti del legno e cenere di carbone Contengono tracce di molti metalli pesanti.
In generale, i metalli pesanti, ad eccezione di arsenico, molibdeno e selenio, sono poco solubili in acque alcaline (pH>7) e possono legarsi a particelle organiche. In questo modo i metalli possono comparire in concentrazioni tossiche molto elevate in acque apparentemente pure, incontaminate e limpide, come le acque oligotrofiche di un fiume di montagna. Le concentrazioni di metalli pesanti possono essere particolarmente elevate nelle acque dolci che scorrono attraverso aree con minerali di zolfo o residui minerari.
Conseguenze dei metalli pesanti nell'acqua
I metalli pesanti sono agenti potenti che hanno effetti significativi sugli ecosistemi di acqua dolce. Questi metalli si trovano tipicamente in basse concentrazioni, in parti per milione (ppm) o parti per miliardo (ppb), il che li rende difficili e costosi da rilevare.
Esistono alcuni bioindicatori come i macroinvertebrati acquatici che possono accumulare metalli pesanti nel loro esoscheletro, anche per settimane e mesi. Ad esempio, le larve di picchio sono buone bioindicatori della concentrazione media di metalli come cadmio e molibdeno nei torrenti montani interessati dai rilasci di acque reflue delle miniere.
Sebbene i metalli siano in basse concentrazioni, hanno una serie di conseguenze sugli ecosistemi, che spiegheremo di seguito.
Effetti letali e subletali sugli organismi
Gli effetti dei metalli pesanti possono essere classificato come acuto o cronico. Gli effetti acuti si verificano in un breve periodo di tempo e di solito finiscono per uccidere o danneggiare gravemente gli organismi. I tipici effetti subletali sono una diminuzione del tasso di crescita e cambiamenti nel comportamento o nello sviluppo.
D'altra parte, gli effetti cronici sono quelli che si verificano a lungo termine. Molti metalli sono:
- Cancerogeno: causa il cancro.
- Teratogeno: hanno effetti negativi sullo sviluppo.
- mutageno: danneggia il DNA.
- neurotossico: influenzano negativamente le funzioni neuronali e cognitive.
- Perturbatori endocrini: agire come o interferire con gli ormoni.
- Possono persino danneggiare il sistema immunitario degli organismi.
Bioaccumulo
I metalli pesanti hanno anche effetti indiretti sugli esseri viventi perché sono bioaccumulo negli organismi e si muovono attraverso le reti trofiche. Molti dei metalli, come i composti organici del mercurio, sono lipofili, cioè sono più solubile nei grassi che nell'acqua, e quindi tendono ad accumularsi nel tessuto adiposo dell'animale. Sebbene molti metalli si trovino in basse concentrazioni, dell'ordine di parti per trilione (ppt), possono o meno essere tossici direttamente per gli esseri viventi, tuttavia, a causa del bioaccumulo, possono accumularsi a livelli molto tossici negli organismi.
Biomagnificazione
La biomagnificazione è il processo mediante il quale i metalli lipofili risalgono la catena alimentare, dalla preda al predatore. Ad esempio, il fitoplancton durante il filtraggio dell'acqua accumula metalli lipofili nel corpo e quindi la concentrazione di metalli diventerà più alta nel corpo che nell'acqua. Quando lo zooplancton consuma il fitoplancton, una parte di questi metalli viene ceduta ai grassi dello zooplancton, aumentando a sua volta la loro concentrazione rispetto a quella del fitoplancton. Questo processo continua verso la parte superiore della catena alimentare. Una regola molto comune dice che ogni livello trofico è in grado di accumulare fino a dieci volte più tossicità rispetto al livello trofico precedente.
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