Ambiente naturale e metalli pesanti in Sardegna - Sardegna Ricerche

AMBIENTE NATURALE E METALLI PESANTI IN SARDEGNA Paolo Valera Dipartimento di Geoingegneria e Tecnologie Ambientali ‐ DIGITA, Università di Cagliari [email protected] Il DIGITA è impegnato già da diversi anni nella raccolta, riordino ed informatizzazione dei dati geochimici di tutto il territorio regionale, provenienti da campionamenti di rocce, suoli e sedimenti fluviali, con il duplice obiettivo di caratterizzare l’intera regione sia da un punto di vista giacimentologico, con l’individuazione di aree potenzialmente interessanti, sia da un punto di vista geochimico, in modo da fornire un importante sfondo su cui poter applicare una più appropriata pianificazione del territorio da parte dei Decision Maker. I dati provengono prevalentemente da campioni di sedimenti fluviali prelevati durante numerose ed importanti prospezioni geochimiche, eseguite principalmente per opera dell’Ente Minerario Sardo (EMSa), a partire dagli anni '70, allo scopo di individuare nuovi adunamenti utili e subordinatamente da parte di Organismi (Università ed Enti) e Società operanti nel settore minerario e più generalmente nel campo delle Scienze della Terra. La parte analitica, come sopra accennato, è stata informatizzata e organizzata in più database, per una più agile gestione geografica – interpretativa. I database sono periodicamente aggiornati con l’inserimento sia di dati analitici provenienti da nuove campionature, sia con nuovi dati provenienti dai testimoni di campioni delle campagne degli anni ’70, custoditi in appositi archivi, che vengono rianalizzati quando ne esiste l’esigenza e la possibilità. Con l’ausilio delle moderne tecnologie, è oggi possibile non solo individuare e delimitare, con notevole precisione, aree in cui si hanno tenori elevati degli elementi ricercati, ma anche di ricavare il tenore di fondo (background) di un dato elemento nelle litologie presenti nell’area studiata, anche quando sensibilmente obliterato dai fenomeni di antropizzazione e non è inusuale che tale tenore superi abbondantemente, a volte di alcuni ordini di grandezza, i valori limite accettabili per gli elementi stabiliti dagli attuali strumenti legislativi (D.M. 471, D.L. 152).

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CAGLIARI

Ambiente naturale e metalli pesanti in Sardegna

Paolo Valera Dipartimento di Geoingegneria e Tecnologie Ambientali

Ambiente e salute, tra scienza e progresso z 22 Aprile 2008 – Pula

Ambiente naturale L’ambiente naturale è definito (APAT) come “un sistema naturale in "equilibrio dinamico", in continua evoluzione ad opera di fattori che, variando nel tempo la propria intensità, mantengono dinamico il sistema”


Metalli pesanti Nella letteratura scientifica vengono normalmente considerati metalli pesanti i seguenti elementi: alluminio, ferro, argento, bario, berillio, cadmio, cobalto, cromo, manganese, mercurio, molibdeno, nichel, piombo, rame, stagno, titanio, tallio, vanadio, zinco, arsenico, bismuto e selenio


Sardegna

La Sardegna è una terra ricca di mineralizzazioni e ha una storia plurimillenaria nel campo minerario. Essa costituisce un importantissimo laboratorio per lo studio del comportamento nel tempo delle conseguenze prodotte dall’attività mineraria (discariche, masse mineralizzate portate allo scoperto e sottoposte per secoli all’azione degli agenti esogeni, ecc). Ambiente e salute, tra scienza e progresso z 22 Aprile 2008 – Pula

Analisi dei fenomeni antropici in Sardegna: Carta dei Nuraghi Da recenti studi nel campo dell’archeometallurgia è emersa la possibilità che in epoca nuragica esistesse un mercato di materie prime, sia sarde che di importazione, che alimentavano centri per la produzione di manufatti (Pb, Ag, Cu, Sn…) (Marras G. et al., 2007)


Sardegna

D’altra parte, tale attività ha permesso anche lo sviluppo di un notevole know how nel campo della ricerca, valutazione e valorizzazione dei giacimenti e delle georisorse più in generale.


Giacimentologia Giacimentologia: studio di una serie, più o meno complessa, di eventi geologici che hanno condotto alla concentrazione di sostanze minerali utili (ivi compresa l’energia) in una certa porzione di crosta terrestre Prospezione mineraria: ricerca a largo raggio per individuare le zone favorevoli all’esistenza di giacimenti Ricerca mineraria: operazioni necessarie per mettere in vista il giacimento, quando se ne conoscano unicamente alcuni indizi o alcune parti Coltivazione: estrazione del minerale utile Ambiente e salute, tra scienza e progresso z 22 Aprile 2008 – Pula

Minerali metalliferi




















Giacimentologia→ Geochimica Ambientale Le profonde esperienze maturate in campo minerario, con l’ausilio delle moderne tecnologie, hanno permesso di affinare tecniche per l’individuazione di mineralizzazioni fino a renderle estremamente sensibili.


Giacimentologia→ Geochimica Ambientale Tali esperienze e tecniche, trasferite nel campo ambientale, permettono oggi non solo di individuare e delimitare, con notevole precisione, aree in cui si hanno tenori elevati degli elementi ricercati, ma anche di ricavare il tenore di fondo (o “background”) di un dato elemento nelle litologie presenti nell’area studiata, pure quando sensibilmente obliterato dai fenomeni di antropizzazione.


Giacimentologia→ Geochimica Ambientale


Giacimentologia→ Geochimica Ambientale Prospezione e ricerca mineraria attraverso diverse metodologie:

si

realizzano

Fotogrammetria e Telerilevamento Sul campo (comprese le analisi dirette, quali trincee, canalette, pozzetti, ecc) Geofisica Geochimica Ambiente e salute, tra scienza e progresso z 22 Aprile 2008 – Pula

Prospezione


Giacimentologia→ Geochimica Ambientale Prospezione Geochimica: si basa sul fatto che i giacimenti minerari non sono chimicamente isolati, ma sono delle culminazioni positive nella distribuzione di taluni elementi-traccia nella crosta terrestre. Attraverso analisi chimiche di questi elementi-traccia su differenti matrici (sedimenti da corrente, suoli, rocce e acque) è possibile individuare zone più o meno vaste, positivamente anomale (province geochimiche) che contornano le culminazioni positive (giacimenti e/o sorgenti di rilascio). Ambiente e salute, tra scienza e progresso z 22 Aprile 2008 – Pula

Gossan


Geochimica Ambientale → Campionamento I campioni di tipo “suolo” (D.L. 152/06) hanno una copertura ed un’influenza areale molto ristretta, quindi idonei per il riconoscimento di situazioni ambientali limitate (fase di dettaglio). L’utilizzo preliminare di campioni di tipo “fluviale” (Stream Sediment), risulta ideale per un primo riconoscimento (fase strategica) della situazione geochimica di ampie zone, riducendo i campioni ad un numero relativamente piccolo e quindi economicamente accettabile.


Campionamento → correlazioni suoli-stream Nonostante il lavoro sia ancora in fase di elaborazione, alcuni studi di carattere preliminare (Marcello A. et Alii, 2005) forniscono dati incoraggianti circa la possibile esistenza di coefficienti di correlazione che legano i dati dei tenori in campioni stream ai dati dei campioni di suoli del bacino sotteso al punto di campionamento stream, permettendo di operare la trasformazione dei dati analitici puntuali in dati areali.


Campioni Stream Sediments Gli Stream Sediments sono sedimenti fluviali recenti, in cui la dispersione chimica origina la presenza delle sostanze mobili e semimobili, prevalentemente sotto forma di adsorbimento su particelle colloidali specie di natura argillosa, mentre la dispersione meccanica origina la presenza delle specie meno mobili.


I legami tra metalli pesanti e salute: alcuni esempi Classiche sono le relazioni da tempo provate fra salute umana e caratteristiche geochimiche locali per quanto riguarda carenze o eccessi di elementi quali, ad esempio, arsenico (As), cadmio (Cd), piombo (Pb), mercurio (Hg), selenio (Se) e fluoro (F)


I legami tra metalli pesanti e salute: alcuni esempi Alti tenori di As nei suoli e nelle acque sviluppa generalizzati sintomi d'avvelenamento, diabete e fenomeni di carcinogenesi In Sardegna sono noti alti tenori di As in varie località, particolarmente nella parte meridionale dell’isola Esposizioni croniche a Cd, Pb e Hg sono correlate a tumori, malattie del rene, del SNC ed ipertensione arteriosa In Sardegna sono stati riscontrati alti tenori di questi elementi in maniera diffusa, ma soprattutto nella parte meridionale dell’isola Ambiente e salute, tra scienza e progresso z 22 Aprile 2008 – Pula

Mineralizzazioni in Sardegna


Eventi naturali di trasporto di sostanze minerali in Sardegna: Al2O3


Eventi naturali di trasporto di sostanze minerali in Sardegna: Al2O3


Eventi naturali di trasporto : esplosioni vulcaniche

S. Self & S. Blake, Elements Elements, V. 4, n. 1, 2008



Confronto tra i volumi di materiale eruttato in quattro recenti esplosioni vulcaniche con quello relativo a tre supervulcani

C. F. Miller & D.A. Wark, Elements, V. 4, n. 1, 2008



Probabili estensioni della nube di cenere e del flusso piroclastico causate dalla supereruzione del Toba (Sumatra). In figura (in basso) si può osservare il lago formato dal collasso della caldera, che si estende per 100 km di lunghezza e 40 km di larghezza.

C. F. Miller & D.A. Wark, Elements, V. 4, n. 1, 2008


I legami tra metalli pesanti e salute: alcuni esempi

La fluorosi, particolarmente diffusa nei PVS (ad es. Cina, Etiopia) si sviluppa per eccesso di F (come fluoruro) nelle acque utilizzate per usi civili (a volte definite “potabili”) Nella Sardegna centrale è stata riscontrata la presenza di soggetti idrofluorotici


Il DB Geochimico Stream del DIGITA (AGSD) • Dati derivanti da 12 campagne di prospezione geochimica effettuate in Sardegna • Dati relativi a campioni stream sediments prelevati da studiosi di altre strutture • Dati relativi a campioni stream sediments prelevati dal DIGITA incluse le aree prive di notizie, campionate negli ultimi anni


Fasi di realizzazione e di utilizzo dell’AGSD • Acquisizione e riordino dei dati (1997 - 2000) • Creazione (2001) ed aggiornamento del database (2001 2007) • Redazione della prima serie di carte geochimiche della Sardegna (2003) • Campionatura delle aree prive di notizie, preparazione campioni, analisi e verifica dati dei laboratori (2000 - 2007) Attualmente l’AGSD è composto da 33.022 campioni Ambiente e salute, tra scienza e progresso z 22 Aprile 2008 – Pula

Attuale situazione del campionamento In rosso i campioni prelevati dal 2000 ad oggi.



I Serie Carte Geochimiche Sardegna Realizzazione di 19 carte (As – Foglio Cagliari)


I Serie Carte Geochimiche Sardegna (As – Foglio Nuoro)


I Serie Carte Geochimiche Sardegna (As – Foglio Nuoro)


I Serie Carte Geochimiche Sardegna La prima serie di Cartografia Geochimica costituisce una “fotografia geochimica”, seppure parziale, del territorio sardo. Qui di seguito è riportato, in percentuale, lo stato di avanzamento dei lavori di campionamento ed analisi riferiti al momento dell’elaborazione delle carte (2001). Sassari

Nuoro

Cagliari

Sardegna

Elementi

% copertura

% copertura

% copertura

% copertura

As

15%

30%

41%

27%

Cd

--

16%

38%

14%

Co

44%

60%

62%

55%

Cr

38%

58%

61%

51%

Hg

--

8%

--

4%

Pb

41%

59%

64%

54%

Se

--

9%

--

5%

V

12%

37%

37%

26%


I Serie Carte Geochimiche Sardegna

1. 2.

3. 4. 5.

Dati acquisiti fino al 2001 La metodologia geostatistica non ha tenuto conto di diversi parametri (geologici e morfologici) e delle notizie d’archivio (giacimentologiche, ecc) Interpolazione ed estrapolazione di dati Nuova metodologia informatica per l’elaborazione dei dati Mette in evidenza aree geochimicamente anomale


Nuova Serie Carte Geochimiche Attualmente è in corso di allestimento una nuova serie di Carte Geochimiche, a differenti scale, che schematizzano i risultati derivanti dall’elaborazione e dalla sovrapposizione di diversi strati informativi, corrispondenti a parametri morfologici (bacini idrografici), geologici (litologia e giacimentologia) e geochimici (stream sediments). Tali prodotti mostrano una definizione delle anomalie che aumenta all’aumentare degli strati informativi utilizzati, che devono essere concettualmente applicabili all’obiettivo della ricerca.


Correlazioni tra differenti matrici e verifica incrociata dei dati

• Suoli – sedimenti da corrente (definizione del Coefficiente di correlazione per ogni elemento) • Vegetali (analisi dirette e copertura) • Api e loro prodotti; insetti (possibilità di certificazione e intervento, anche in campo legislativo) • Informatica: tecnologia GRID (possibilità di accesso ad altre banche dati) • Altro (latte, carni, ecc) • Uomo


Esempio della nuova serie di Carte Geochimiche: il Foglio 549 “Muravera”


Mineralizzazioni


Litologia


Morfologia


Bacini idrografici (oltre 1300)


Fondo geochimico totale e formazionale Attraverso le elaborazioni dei dati, è stato determinato il valore del fondo totale, del fondo formazionale e le soglie di anomalia (totali e formazionali) per ogni elemento considerato.


Carta limiti D.L. 15/06 - Piombo


Carta anomalie geochimiche - Piombo


Carta anomalie geochimiche formazionali - Piombo


Geomedicina È stato attivato uno studio di geomedicina, assegnato a uno studente della Scuola di Dottorato in Ingegneria e Scienze per l’Ambiente ed il Territorio (XXII ciclo) (Ing. Elisabetta Muntoni), dal titolo “Studio di un modello di correlazione tra fluttuazione del tenore di metalli pesanti in aree obiettivo della Sardegna e salute umana: elaborazione delle carte del rischio della salute”.


Geomedicina Questo studio sta suscitando vivo interesse presso le strutture sanitarie contattate ed è sempre stato incontrato uno spiccato atteggiamento collaborativo. Si confida che questa tendenza continui, in modo da poter affrontare serenamente le varie problematiche che via via si stanno presentando. Ambiente e salute, tra scienza e progresso z 22 Aprile 2008 – Pula

Alcuni dei principali disastri causati da metalli pesanti Sindrome di Minamata: Acque reflue contenenti mercurio rilasciate dagli impianti chimici di Chisso nella baia di Minimata in Giappone. Il bioaccumulo del mercurio nella fauna marina, causa seri problemi sanitari alla popolazione locale (oltre 500 morti). Coto de Donana (Spagna meridionale): crepa in una diga appartenente ad una miniera: circa 5 milioni m3 di fango contenente zolfo, piombo, rame, zinco e cadmio fluiscono lungo il Rio Guadimar, compromettendo il più grande santuario di uccelli d'Europa


Conclusioni Utilizzando le stesse tecniche (di campagna, geochimiche, geostatistiche, informatiche, ecc) per identificare, valutare e valorizzare le georisorse, si possono identificare (e risolvere) problematiche ambientali (sanitarie) e/o possono risultare di ausilio in diversi altri campi scientifici (archeometallurgia). Inoltre, la caratterizzazione geochimica ambientale fornisce uno strumento di supporto per una più appropriata pianificazione territoriale, per il monitoraggio ambientale e per l’eventuale bonifica del territorio. Ambiente e salute, tra scienza e progresso z 22 Aprile 2008 – Pula

Conclusioni Attraverso interventi mirati, anche di piccola entità, è possibile ridurre sensibilmente il rischio di problematiche legate alla presenza di metalli pesanti (prevenzione?)





Sviluppi futuri Analisi di tutte le acque minerali naturali dell'Europa, provenienti da sorgenti diversificate e distribuite su tutto il territorio EuroGeoSurveys Geochemistry Working Group (UO Sardegna) per il progetto GEMAS: carte geochimiche europee dei suoli agricoli e di pascolo Caratterizzazione urbana: atlante geochimico di Cagliari Ambiente e salute, tra scienza e progresso z 22 Aprile 2008 – Pula

http://www.paolov.net
