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Nanomateriali e infestazioni algali

I nanomateriali potrebbero favorire infestazioni di alghe nelle zone umide e nei corsi d'acqua. I risultati di uno studio sono evidenti, anche se i meccanismi biologici sottostanti non sono stati svelati.

Gli ultimi 10 anni hanno visto un'impennata nell'uso di minuscole sostanze chiamate nanomateriali in prodotti agrochimici come pesticidi e fungicidi. L'idea è di fornire maggiore protezione dalle malattie e migliori rese per le colture, riducendo al contempo la quantità di tossine irrorate nei campi agricoli.

Ma quando combinato con il deflusso di nutrienti da terreni fertili e pascoli pieni di letame, questi "nanopesticidi" potrebbero anche significare più infestazione di alghe tossiche per i vicini corsi d'acqua, laghi e zone umide, secondo un nuovo studio.

I risultati sono stati pubblicati il 25 giugno nella rivista Ecological Applications.

Troppo piccoli da vedere anche con i microscopi più potenti, i nanomateriali ingegnerizzati sono sostanze fabbricate con un diametro inferiore a 100 nanometri, molto più piccoli dello spessore di un capello.

La loro nanoscala dà loro diverse proprietà chimiche e fisiche rispetto ai loro concorrenti non nano, per esempio una maggiore superficie per reazioni e interazioni.

Queste interazioni potrebbero intensificare le proliferazioni algali dannose nelle zone umide, secondo gli esperimenti condotti da Marie Simonin, dottoranda con la professoressa di biologia Emily Bernhardt alla Duke University di Durham, Carolina del Nord, USA.

Già oggi sono in commercio centinaia di prodotti con nanotubi di carbonio e piccolissime particelle di argento, biossido di titanio e altri metalli, per fare di tutto, da prodotti elettronici più veloci e leggeri, a tessuti autopulenti, a confezioni di alimenti intelligenti in grado di monitorare il deterioramento del cibo. Sono anche usati dalle aziende agricole in fertilizzanti e pesticidi vegetali a rilascio lento o controllato e per applicazioni più mirate, oltre a essere efficaci a dosi inferiori rispetto ai prodotti convenzionali.

Queste e altre applicazioni hanno generato un enorme interesse e investimenti in nanomateriali. Tuttavia, i potenziali rischi per la salute umana o per l'ambiente non sono completamente compresi, sostiene Simonin.

La maggior parte dei nanomateriali prodotti in tutto il mondo ogni anno, si stima tra le 260.000 e le 309.000 tonnellate, sono alla fine smaltiti in discarica, secondo uno studio precedente. Ma circa 80.400 tonnellate all'anno vengono rilasciate nei terreni, e fino a 29.200 tonnellate finiscono nei corsi d'acqua naturali.

"E questi moderni inquinanti non finiscono nei corpi idrici da soli", dice Simonin. "Probabilmente si accompagnano con il deflusso delle sostanze nutritive, ma è probabile che vi siano più fattori di stress che interagiscono."

Le infestazioni di alghe colpiscono già le acque inquinate in tutto il mondo. L'inquinamento da azoto e fosforo si fa strada nelle zone umide e nei corsi d'acqua sotto forma di deflusso agricolo e acque reflue non trattate. Le sostanze nutritive eccessive causano la crescita incontrollata delle alghe, creando sulla superficie dell'acqua una fitta massa di schiuma o fango verde che impedisce al sole di raggiungere altre piante.

Queste "fioriture" alimentate dai nutrienti alla fine riducono i livelli di ossigeno fino al punto in cui pesci e altri organismi non possono sopravvivere, creando zone morte nell'acqua. Alcune fioriture di alghe rilasciano anche tossine che possono far ammalare gli animali e le persone che li inghiottono.

Per scoprire come gli effetti combinati del deflusso di nutrienti e della contaminazione da nanoparticelle influenzino questo processo, chiamato eutrofizzazione, i ricercatori hanno creato 18 serbatoi separati da 250 litri con fondi inclinati sabbiosi per imitare le piccole zone umide.

Ogni serbatoio all'aperto era pieno di acqua, terra e una varietà di piante e animali delle zone umide come l'elodea e la gambusia.

Nel corso dell'esperimento di nove mesi, alcuni serbatoi hanno ricevuto una dose settimanale di nitrati e fosfati che promuovono le alghe come quelli che si trovano nei fertilizzanti, alcuni serbatoi solo nanoparticelle sia in rame che in oro, e alcuni serbatoi entrambi.

Lungo il percorso i ricercatori hanno monitorato la chimica dell'acqua, la crescita di piante e alghe e il metabolismo e l'accumulo di nanoparticelle nei tessuti vegetali.

"I risultati sono stati sorprendenti", ha detto Simonin. Le nanoparticelle avevano piccoli effetti singolarmente, ma quando aggiunte insieme alle sostanze nutritive, anche basse concentrazioni di nanoparticelle di oro e rame usate nei fungicidi e altri prodotti trasformavano l'acqua una volta limpida in una torbida melma, la sua superficie coperta da tappeti puzzolenti di alghe verde brillante.

Nel corso dell'esperimento, le grandi proliferazioni algali erano più di tre volte più frequenti e più persistenti nei serbatoi in cui le nanoparticelle e i nutrienti venivano aggiunti insieme rispetto a dove venivano aggiunti i nutrienti da soli. Le proliferazioni di alghe hanno anche ridotto l'ossigeno disciolto nell'acqua.

Non è ancora chiaro come l'esposizione alle nanoparticelle sposti il delicato equilibrio tra piante e alghe mentre competono per i nutrienti e le altre risorse. Ma i risultati suggeriscono che le nanoparticelle e altre "sostanze chimiche sintetiche a base di metallo potrebbero giocare un ruolo sottovalutato nelle tendenze globali di aumento dell'eutrofizzazione," hanno detto i ricercatori.

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