Quali sono le proprieta' e i pericoli lagati agli inquinanti acquatici?

Molti prodotti chimici diversi sono considerati sostanze inquinanti, variando da ioni inorganici semplici a molecole organiche complesse.
Tutte le sostanze inquinanti dell'acqua sono divise in varie classi. Ogni classe di sostanze inquinanti ha il proprio modo specifico di entrare nell'ambiente e i suoi specifici pericoli. Tutte le classi contengono sostanze inquinanti maggiori che sono note a molta gente, a causa dei vari effetti sulla salute.

Inquinanti organici

Ci sono molti tipi diversi di sostanze inquinanti organiche, alcuni esempi sono:
- Idrocarburi. Sono legami carbonio-idrogeno. Possono essere divisi in due classi: la prima consiste in alcani singolo-legati, alcani a doppio legame e alcani a triplo legame (gas o liquidi) ed la seconda in idrocarburi aromatici, che contengono strutture ad anello (liquidi o solidi). Gli idrocarburi aromatici come i PAH's sono molto più reattivi di tutti gli idrocarburi della prima categoria.
- PCB sono liquidi stabili e non reattivi che sono usati come fluidi idraulici, fluidi refrigeranti/isolanti in trasformatori e plastificanti in vernici. Ci sono molti PCB differenti. Nessun di loro e' solubile in acqua. In molti paesi l'impiego di PCB e' limitato per legge.
- Gli insetticidi come il DDT sono molto pericolosi perché si accumulano nei tessuti grassi degli animali più bassi ed entrano quindi nel ciclo alimentare. Sono stati limitati per decenni.
- Detersivi. Possono essere sia polari che non-polari.

Vai anche alla pagina sui detersivi in acqua dolce e sull'inquinamento da composti organici nell'acqua dolce.


Fertilizzanti inorganici

Alcune sostanze inquinanti inorganiche non sono particolarmente tossiche, ma costituiscono tuttavia un pericolo per l'ambiente perché sono usati molto estesamente. Esse includono i fertilizzanti, come i nitrati ed i fosfati. I nitrati ed i fosfati causano le fioriture di alghe nell'acqua di superficie, che causa una diminuzione nel livello di ossigeno dell'acqua. Ciò causa una mancanza di ossigeno a causa dell'assorbimento di
esse da parte dei microrganismi che distruggono le alghe. Tale fenomeno e' denimonato eutrofizzazione.

Metalli

La prima categoria a cui ci riferiamo sono i metalli. Essi sono buoni conduttori di elettricità e generalmente
vanno incontro a reazioni chimiche come ioni positivi, noti come cationi. I metalli sono sostanze naturali che si sono formati attraverso l'inondazione di masse minerali, dove sono stati depositati durante l'azione vulcanica. Essi si possono presentare in luoghi in cui possono causare seri danni ambientali. Alcuni esempi di metalli sono: piombo, zinco, manganese, calcio e potassio. Possono essere trovati in acque di superficie nelle loro forme ioniche stabili. I metalli artificiali possono essere molto pericolosi, perché spesso provengono da reazioni nucleari artificiali e possono essere fortemente radioattivi.
I metalli possono reagire in prodotti pericolosi con altri ioni. Sono spesso coinvolti nelle reazioni di trasferimento elettronico che coinvolgono l'ossigeno. Ciò può portare alla formazione di ossidoradicali tossici.
I metalli possono formare i metalloidi e quindi legarsi a residui organici per formare sostanze lipofiliche che sono spesso altamente tossiche e possono essere immagazzinate nella riserva di grasso degli animali e degli esseri umani. I metalli possono anche legarsi alle macromolecole cellulari nel corpo umano.
I metalli pesanti sono i metalli più pericolosi. Hanno una densità più alta di 5 e per tale motivo sono detti
pesanti.
I metalli non possono essere scissi in componenti meno nocivi, poichè non sono biodegradabili. L'unica possibilita' che gli organismi hanno contro i metalli consiste nell'immagazzinarli nei tessuti del corpo in cui non possono fare alcun danno.
Gli organismi hanno bisogno di metalli, poichè sono essenziali per la loro salute e sono solitamente componenti essenziali degli enzimi.

Isotopi radioattivi

I periodi radioattivi ed i modi di decadimento degli isotopi radioattivi determinano la pericolosita' per gli esseri umani. Gli esseri umani creano tutti gli isotopi radioattivi nell'industria nucleare. Ci sono ancora dibattiti in corso riguardo se i benefici dell'energia nucleare superano i pericoli di radiazioni radioattiva. Quando un atomo di una sostanza radioattiva decade, può produrre quattro tipi di particelle: alfa, beta, gamma e neutroni.
Le particelle alfa possono viaggiare soltanto per brevi distanze attravero aria e tessuti umani, ma possono essere molto dannose se si scontrano con cellule a causa della loro grande massa. Sono caricate positivamente.
Le particelle beta sono più penetranti, ma fanno molto meno danni rispetto alle particelle di alfa. Sono caricate negativamente.
I raggi gamma sono altamente penetranti. I loro danni sono simili a quelli dei raggi beta.
I neutroni si liberano attraverso radiazione e reagiscono con altri elementi attraverso collisione. Sono la base per la fissione nucleare in un reattore.
La radioattività di una sostanza è misurata in bequerel, ma tale unita' non esprime la quantità di danni che la radiazione provoca nei tessuti. Pe rquesto motivo la quantità di radiazione che induce 1 kg di tessuto ad assorbire 1 joule di energia ora è espressa in grays. Tipo di radiazione differenti possono provocare tipi diversi di danni, perché l'energia si trasmette nei tessuti in modi diversi. Questo è espresso in sieverts. Una certa quantità di radiazione alfa può fare venti volte piu' danni della stessa quantità di radiazione beta. Il materiale radioattivo deve essere immagazzinata in periodi di tempo differenti, per eliminare il pericolo. Per quanto tempo deve essere immagazzinata dipende dal tempo di dimezzamento radioattivo degli isotopi: il tempo impiegato da meta' degli atomi dell'isotopo per decadere.

In quali modi specifici gli inquinanti entrano nell'ambiente?

Gli scarichi acque luride provenienti da fognatire rappresentana una delle maggiori fonti globali di inquinamento. Gli scarichi domestici ed industriali sono scaricati nell'acqua superficiale attraverso i sistemi fognari. In alcuni casi gli scarichi industriale sono liberati direttamente nell'acqua superficiale. La qualità dell'acqua di fognatura che entra nell'acqua di superficie dipende dalle sostanze inquinanti che sono presenti nell'acqua di fognatura e dal livello in cui è trattata prima di venire posta in contatto con l'acqua superficiale.
L'acqua degli scarichi domestici consiste principalmente di carta, sapone, urina, feci e detersivi. Gli scarichi industriali sono vari e dipendono dai processi specifici degli impianti da cui sono prodotti.
I metalli pesanti sono associati a operazioni di fusione ed estrazione, clorofenoli e fungicidi a mulini er cellulosa, insetticidi a fabbriche a prova di insetti, vari prodotti chimici organici a industria chimica e sostanze radioattive a impianti di energia nucleare.
I rilasci di rifiuti industriali nel terreno sono strettamente controllati, ma l'estrazione in mare aperto di manganese e petrolio porta a scarico diretto di sostanze inquinanti in mare. Gli effluenti radioattivi sono dispersi in mare in grandi barilotti concreti per decadimento, ma tali barilotti spesso iniziano a deteriorarsi dopo un po' di tempo. I rappresentanti delle fabbriche spesso mandano i rifiuti in mare per sbarazzarsene illegalmente, perché è molto costoso depurare la loro acqua.
L'olio è scaricato in mare attraverso le petroliere e antiparassitari vengono applicati all'acqua per controllare i parassiti acquatici. Le vernici delle barche decadranno durante lunghi viaggi sull'oceano finendo nell'acqua.
Durante il periodo di sviluppo dei raccolti nitrati e fosfati sono assorbiti dalle piante, ma quando le piante muoiono essi soni liberate dalla materia vegetale morta nel terreno e spesso finscono nelle acque superficiali.
Tranne nei casi di inquinamento idrico dell'acqua di superficie intenzionale, le sostanze inquinanti possono anche entrare nell'ambiente acquatico accidentalmente, per esempio attraverso deposito atmosferico. Gli antiparassitari possono entrare facilmente nell'acqua superficiale in questo modo, perché sono applicati in goccioline o spruzzi. Le sostanze inquinanti presenti sul terreno possono entrare nell'acqua superficiale attraverso pioggia pesante o infiltrarsi in nel terreno ed entrare nelle acque superficiali attraverso acqua freatica.
Gli effetti delle sostanze inquinanti si notano maggiormente in piccoli mari interni e laghi. Ciò avviene perché gli oceani hanno un sistema naturale di diluzione per le sostanze inquinanti che ricevono, considerando che i laghi non hanno un'uscita efficace. A causa di cio', molto dipende dal tasso di degradazione e di precipitazione che rimuove le sostanze inquinanti dall'acqua.

Come sono trasportate le sostanze inquinanti nell'acqua?

Le sostanze inquinanti possono essere presenti nell'acqua in diversi stati. Possono essere dissolti o possono essere in sospensione, che significa si trovano sottoforma di goccioline o particelle. Le sostanze inquinanti possono anche essere dissolte in goccioline o essere assorbite dalle particelle. Le sostanze inquinanti possono compiere grandi distanze grandi nell'acqua nei diversi stati in molti modi diversi.
La materia polverizzata può depositarsi sul fondo dei corsi d'acqua e dei laghi o salire in superficie, a seconda della sua densità. Ciò significa che rimane sostanzialmente nella stessa posizione se l'acqua non fluisce molto velocemente. Nei fiumi le sostanze inquinanti compiono solitamente grandi distanze. La distanza che compiono dipende dalla stabilità e dallo stato fisico dell'inquinante e della velocità di flusso
del fiume. Le sostanze inquinanti possono viaggiare il più lontano quando si trovano in soluzione in un fiume a deflusso veloce. Le concentrazioni in un singolo luogo sono allora generalmente basse, ma l'inquinante può essere rilevati in molti altri luoghi rispetto al caso in cui non fosse trasportata così facilmente.
Nei laghi e negli oceani le sostanze inquinanti sono trasportate attraverso la corrente. Ci sono molte correnti negli oceani che sono gluidate dal vento. Ciò permette ad una sostanza inquinante di viaggiare da un continente ad un altro.
Ci si affida solitamente alla capacità degli oceani di ridurre la concentrazione di sostanze inquinanti, la cosiddetta 'abilità auto-pulente' degli oceani. Cio' non funziona sempre, perché il movimento delle correnti negli oceani non è uniforme. Ciò induce le acque costiere ad avere spesso livelli di inquinamento sostanzialmente piu' elevati rispetto al mare aperto.
Quando le sostanze inquinanti persistenti si accumulano in pesci o uccelli marini, esse possono non solo transformarsi in un pericolo tossico peri il ciclo alimentare acquatico, ma possono anche compiere grandi distanze all'interno di questi animali e finire nel cicli alimentare di zone non-inquinate.

Quali fattori determinano movimento e distribuzione degli inquinanti in acqua?

I processi fisici determinano il movimento dei prodotti chimici all'interno di acqua; tale movimento dipende dalle proprietà dei prodotti chimici stessi e dalle proprietà dell'acqua. Tali processi saranno qui di seguito brevemente descritti.

L'acqua è un liquido polare. Ciò significa che l'atomo di ossigeno in una molecola di acqua attrae gli elettroni degli atomi dell'idrogeno, in modo che questi sviluppino delle parziali cariche positive. L'atomo di ossigeno ottiene una parziale carica negativa, con la quale può attrarre gli atomi di altre molecole di acqua per formare legami a idrogeno. Nei composti non polari, come gli idrocarburi, c'e' difficilmente una separazione di carica e di conseguanza non si dissolvono in acqua.
L'acqua tende a formare i complessi in cui altre quattro molecole circondano ogni molecola d'acqua. I cationi e gli anioni hanno un'affinità per le parti di acqua che trasportano carica opposta, quindi i complessi di acqua sono distrutti e gli ioni si dissolvono. Molti sali e composti organici polari sono solubili in acqua, ma i liquidi organici non polari non lo sono.
Da cio' si puo' concludere che le molecole in grado di realizzare una separazione di carica possono dissolversi facilmente in acqua, mentre le molecole non dotate di carica non sono molto solubili in acqua.
Una conseguenza della polarità è l'effetto idrofobo. Nel processo di formazione di complessi con molecole cariche l'acqua esclude attivamente le sostanze non polari. Ciò porta alla formazione di fosfolipidi a due strati, che contribuiscono al movimento degli inquinanti idrofobi attraverso le membrane.
Il livello del idrofobicita' è determinato dal coefficente di partizione acqua/ottanolo. La concentrazione di un composto nell'ottanolo dipende dalla concentrazione in acqua. Più alto e' il numero che deriva da tale calcolo, più idrofobo e' il composto in questione.

Se un composto rimane in acqua dipende anche dalla sua pressione di vapore. Pressione di vapore significa tendenza di un liquido o di un solido a volatilizzarsi. La pressione del vapore aumenta quando la temperatura aumenta, poiche' le molecole superficiali aumentano l'energia cinetica. Quindi più molecole in soluzione acquosa hanno la tendenza a vaporizzarsi, il che significa che non sono più in soluzione.

La ripartizione dei prodotti chimici fra i diversi elementi ambientali aria, acqua e terreno è un altro fattore importante. La tendenza a fuoriuscire o 'la fugacita' di una sostanza determina il movimento da un elemento ad un altro.

La stabilità molecolare è un fattore che determina il tempo in cui un prodotto chimico rimane nell'ambiente e compiere distanze. Nell'ambiente processi chimici e biochimici, come idrolisi e ossidazione, scindono i composti chimici. La scissione non e' determinata soltanto dalla stabilità dei composti chimici, ma anche da fattori ambientali quali temperatura, livello di radiazione solare, pH e natura della superficie assorbente. Per esempio, il pH dell'acqua determina la solubilità dei metalli in acqua. A volte la bioconversione di un composto nell'ambiente durante la scissione nonè molto positiva, perché può aumentare la tossicità di un prodotto chimico.

Come rispondono i microrganismi agli inquinanti acquatici?

Quando l'inquinamento entra nel corpo di un organismo provoca diversi cambiamenti. Tali cambiamenti possono servire a proteggere l'organismo contro gli effetti nocivi oppure no.
La prima risposta di un organismo alle sostanze inquinanti e' di mettere in azione un meccanismo protettivo. Nella maggior parte dei casi questi meccanismi mantengono la disintossicazione da sostanze inquinanti, ma in alcuni casi producono sostanze attive che possono maggiormente danneggiare le cellule rispetto alle sostanze inquinanti originali.
Un'altra risposta consiste nella riduzione della disponibilità delle sostanze inquinanti attraverso il legame con un'altra molecola, per espulsione o immagazzinamento.
A fianco ai meccanismi protettivi un organismo può anche mettere in azione un meccanismo ripara i danni causati dalle sostanze inquinanti.
Le risposte alla tossicità e l'assorbimento di sostanze inquinanti dipende non soltanto dalla sostanza inquinante che entra nel corpo degli organismi, ma anche dal tipo di organismo in questione.

Quali effetti generali gli inquinanti hanno sugli organsmi?

Le sostanze inquinanti dell'acqua possono avere molti effetti diversi sugli organismi, sempre a seconda delle sostanze inquinanti e dell'organismo in questione. Qui di seguito gli effetti generali che può avere una sostanza inquinante sono discussi.

Genotossicita'

Molti composti che entrano nel corpo di un organismo sono noti per danneggiare il DNA. Tali composti sono denominati genotossine, a causa del loro effetto genotossico.
Solitamente quando dgli inquinanti danneggiano il DNA un sistema di riparazione naturale in un organismo lo ripristina al proprio stato usuale, ma quando quando questo sistema non funziona per qualche motivo le cellule con DNA danneggiato possono dividersi. Le cellule mutanti vengono quindi prodotte ed il difetto può
spargersi, inducendo la prole dell'organismo in questione ad avere seri difetti che sono spesso molto dannosi per la loro salute.
Alcuni esempi di genotossine sono PAH, aflatossine e vinil cloruro.
In tutte queste genotossine non è il composto originale a reagire con il DNA, poiche' questo è relativamente stabile. I prodotti di breve durata altamente reattivi prodotti dal composto originale dagli enzimi causano solitamente le reazioni.


Cancerogenicita'

Parecchie sostanze inquinanti sono cancerogene, il che significa che possono indurre il cancro nel corpo degli esseri umani e degli animali. Le sostanze inquinanti cancerogene sono sostanze inquinanti che
agiscono in una o più fasi di sviluppo del cancro in un organismo.
Le sostanze inquinanti possono essere induttori; ciò significa che introducono proprieta' per la formazione del cancro proprietà nelle cellule di un organismo. Possono anche essere promotrici, che significa che promuovono lo sviluppo di cellule dotate di proprieta' di formazione del cancro. Per concludere, possono essere progressori, che significa che stimolano la divisione e la diffusione illimitata delle cellule cancerogene. Quando una di queste sostanze è assente il cancro non può essere indotto.
Quando le cellule cancerogene sono maligne, possono spargersi rapidamente attraverso il corpo umano, causando difetti alle cellule ed ai meccanismi immunitari sani. Esse distruggeranno le cellule normali e causeranno il cancro negli organi e nei sistemi.

Neurotossicita'

Il sistema nervoso degli organismi è molto sensibile agli effetti tossici dei prodotti chimici, sia naturali che artificiali. I prodotti chimici che causano effetti neurologici sono detti neurotossine. Un esempio di neurotossine pericolose sono gli insetticidi.
Tutte le neurotossine disturbano in qualche modo la normale trasmissione degli impulsi lungo i nervi o attraverso le sinapsi.
Le conseguenze della neurotossicita' sono svariate. Possono essere tremiti e convulsioni muscolari non coordinate, disfunzione dei nervi e delle trasmissioni, annebbiamento e depressione, o persino totale disfunzione totale di parti del corpo. La neurotozzicita' può essere così seria da sotruire le sinapsi. Il blocco sinaptico causa la morte a seguito della paralisi dei muscoli del diaframma e difficolta' respiratorie.

Disturbo nel trasferimento energetico

La trasformazione energetica negli organismi avviene attraverso i sistemi di mitocondri nelle cellule. Sui mitocondri vengono prodotte molecole ATP, che trasferiscono l'energia attraverso il corpo di un organismo. Quando la produzione di ATP viene disturbata il trasferimento energetico cessa. Ciò rende un organismo stanco e privo di vita, incapace di funzionare normalmente.

Incapacita' riproduttiva

Le sostanze inquinanti che causano il incapacita' riproduttiva a causa del danneggiamento degli organi riproduttivi sono dette distruttori dell'endocrino. Ci sono parecchi modi in cui una sostanza inquinante può fungere da distruttore dell'endocrino. Il primo è un prodotto chimico estrogenico. Questo è un prodotto chimico che può imitare un estrogeno legandosi al ricevitore dell'estrogeno. Ciò provoca l'induzione di processi estrogenici, che inducono un organismo ad avvertire incapacita' riproduttiva a causa di un disturbo nel sistema riproduttivo.
Un prodotto chimico estrogenico può anche ostruire gli effetti degli estrogeni endogeni legandosi al ricevitore estrogenico. Ciò causa il masculizzazione degli organismi femminili.
È inoltre possibile che i prodotti chimici riproduttivi femminili si trovino negli organismi maschii. Ciò forma organismi ermafroditi. Imposex è stato ampiamente segnalato negli organismi marini, per esempio in dog whelks e stagno tributilico.
Un'altra serie di problemi è provocata quando i prodotti chimici ostruiscono i siti ricettori degli ormoni. In questo caso, la normale azione dell'ormone è inibita, dal momento che non può reagire con il ricevitore. Questo può causare la sterilità quando si presenta su un periodo più lungo di tempo.

Effetti comportamentali

Tutti i comportamenti sono vulnerabili ad alterazione da parte di sostanze inquinanti. I livelli di foraggiamento possono esaurirsi, con conseguente produzione ridotta. La vulnerabilità dei predatori può aumentare, a causa di una riduzione della vigilanza. In questi modi, gli effetti delle sostanze inquinanti sul comportamento risultano in produzione ridotta e tassi di mortalità piu' elevati.
Un effetto comune dell'inquinamento è la perdita di appetito e quindi meno assorbimento di alimenti. la ricerca di prede può anche essere influenzata, a causa degli effetti delle sostanze inquinanti su apprendimento, ricerca strategica e sui sistemi sensoriali.
Questi effetti comportamentali causano inferiore probabilita' di sopravvivenza degli organismi, pricipalmente degli animali.

Una proprietà delle sostanze inquinanti che dovrebbe essere tenuta sempre presente è la loro possibilità di interagire tra loro. Le reazioni chimiche che causano la combinazione di sostanze inquinanti possono ridurre il loro effetto chimico generale, ma possono anche aumentarlo, rendendo una sostanza inquinante ancor più pericolosa per gli organismi.

Come si testa la tossicita' dell'acqua con animali acquatici?

La tossicità dei prodotti chimici in acqua può essere esaminata usando animali acquatici come indicatori. Le prove di tossicità con gli animali acquatici consistono pricipalmente nell'assorbimento diretto dall'acqua. I prodotti chimici possono essere in soluzione, in sospensione o in entrambe.
Per determinare i valori delle concentrazioni letali, gli organismi sono esposti a concentrazioni diverse. Quando si presenta qualche effetto la concentrazione del prodotto chimico è annotata. Quando l'animale cavia muore viene annotata la concentrazione letale. In questo modo la tossicità di un prodotto chimico è determinata in laboratorio. Quando molti animali cavia muoiono a basse concentrazioni di un prodotto chimico significa che il prodotto chimico in questione è molto tossico. Quando sappiamo quanto tossico e' un prodotto chimico, conosciamo anche gli effetti di tale prodotto chimico quando una certa concentrazione è presente in un determinato punto.
La tossicità di un prodotto chimico per determinati organismi acquatici dipende dalla attuale concentrazione del prodotto chimico e dal tempo di esposizione a tale prodotto. Il periodo di esposizione ad un prodotto chimico durante la prova di tossicità dipende dall'animale cavia che viene usato. La dafnia è spesso usata per determinate prove di tossicità. Tali prove richiedono comunemente soltanto 24 - 48 ore. Al contrario, le prove di tossicità dei pesci richiedono piu' tempo, solitamente da quattro giorni fino ad una settimana.
I dati di tali prove di tossicità del prodotto chimico mostrano non soltanto quanto tossico e' un determinato prodotto chimico, ma danno anche un'indicazione della tossicità di un prodotto chimico rispetto ad altri. Non tutte le prove di tossicità sono portate fino al livello mortale finale; a volte un cambiamento nel comportamento di un animale acquatico è indicatore della tossicità di un determinato prodotto chimico.
Le prove di tossicità sono influenzate sia dalle proprietà del prodotto chimico che dalle proprietà dell'organismo di prova. La disponibilità del prodotto chimico per l'organismo prova è sempre un fattore importante, perché la tossicità di un prodotto chimico decresce quando non è subito disponibile all'organismo prova.
I laboratori possono anche effettuare al giorno d'oggi le prove di tossicità per i prodotti chimici presenti in sedimenti dell'acqua.