INTRODUZIONE

L'inquinamento causato dai metalli pesanti colpisce particolarmente l'ecosistema del suolo (podosfera). Ha effetti a lungo termine, perchè alcuni metalli si legano con una certa forza sia alla frazione organica del suolo componente l'humus, sia a quella minerale in particolare argillosa.
Quando i composti humici si decompongono gli atomi metallici vengono liberati: il loro destino dipende principalmente dalle caratteristiche fisico-chimiche del suolo, in particolare dall'entità del loro adsorbimento nei complessi di scambio delle argille

Nota 1: I minerali che costituiscono le argille (silicati), presentano sulla propria superficie esterna delle cariche elettriche libere (positive o negative) in grado di attrarre ioni metallici di segno opposto legandoli più o meno fortemente. Questa proprietà si chiama capacità di scambio perchè la forza con cui le cariche presenti sulle argille attraggono gli ioni presenti in soluzione dipende dalla natura degli ioni e dalle caratteristiche fisico chimiche della soluzione acquosa del suolo (soprattutto pH). In condizioni fisico-chimiche definite, gli ioni che si legano più debolmente alle cariche argillose, tendono ad essere "scambiati" con altri che vi si legano con più forza (maggiore affinità): i metalli pesanti si legano con le argille così fortemente che tendono a non distaccarsene più, se non in condizioni molto particolari, per esempio a fronte di significative variazioni del pH.
Una volta legato, la facilità con cui un metallo viene rilasciato in soluzione (il suo grado di mobilità, dipende dai parametri ambientali che influiscono sulla forza del legame col materiale adsorbente; in condizioni normali, metalli come il Piombo (Pb) e il Rame (Cu) vengono immobilizzati per moltissimo tempo nei complessi di scambio delle argille, mentre lo Zinco (Zn) e il Cadmio (Cm) sono adsorbiti più debolmente: essi possono essere rilasciati nella soluzione acquosa del suolo e assorbiti dalle piante possono accumularsi nel loro tessuti.
Il pH è uno dei fattori importanti ai fini del grado di mobilità, e quindi di biodisponibilità degli ioni metallici nel suolo: la concentrazione di protoni (H⁺) in soluzione acquosa è data da:
pH = - log₁₀[H⁺])
Poichè il pH è inversamente proporzionale al logaritmo a base dieci della concentrazione di protoni, ne consegue che più questa è elevata tanto più basso è il pH.
In generale, quanto più i suoli sono acidi (alta concentrazione di protoni), quanto più è elevata la mobilità (quindi la biodisponibilità) di ioni di metalli pesanti in soluzione: questo perchè la presenza di protoni indebolisce i legami tra metalli e i complessi di scambio.
Non sorprende, quindi, che i fattori che influiscono sull'acidità del suolo (per es. composizione chimico-fisica, presenza di materia organica in decomposizione, piogge acide etc), influenzino anche la biodisponibilità dei metalli pesanti.
I minerali argillosi e gli idrossidi presenti nel suolo o nei sedimenti, legano i metalli bivalenti con forza decrescente nel seguente ordine:
Pb > Cu > Zn > Ni > Cd
mentre nei casi della torba e del materiale organico la sequenza è:
Pb > Cu = Zn > Ca
Date le caratteristiche della componente minerale ed organica del suolo, i fattori che ne promuovano l'acidificazione sono responsabili del rilascio in forma ionica e disponibile dei metalli pesanti precedentemente immobilizzati.
I metalli pesanti possono andare incontro a metilazione, cioè possono legarsi a un gruppo metilico (CH₃^-) grazie all'attività di alcuni batteri che vivono nei sedimenti dei fondali costieri, fluviali e lacustri nonchè nel suolo e nel tratto digerente di molti animali.
Il prodotto della metilazione è il monometile di mercurio (CH₃Hg⁺), un composto altamente tossico e fortemente biodisponibile: assunto dai produttori primari, esso tende a bioaccumularsi nel passaggio attraverso la catena alimentare del pascolo e del detrito o del sedimento, fino a concentrarsi nei tessuti dei consumatori all'apice della catena, in particolare carnivori predatori. Se l'inquinamento da mercurio è serio, esso può avere effetti drammatici sugli equilibri trofici dell'ecosistema e sulla sopravvivenza delle popolazioni più esposte.
Il mercurio, nella sua forma di monometile, è l'unico metallo pesante soggetto a bioaccumularsi lungo la catena alimentare.
Tra le più frequenti cause di contaminazione del suolo da mercurio e altri metalli pesanti, c'è la presenza di bacini minerari nelle aree contigue. In questi casi, quando si verificano alluvioni e colate fangose, la diffusione di queste sostanze tossiche avviene molto rapidamente e può coinvolgere aree anche molto ampie. Nell'incidente verificatosi nella Riserva naturale di Dognana, in Spagna nel 1998, la cessione strutturale di una diga posta in prossimità di un vecchio bacino minerario, ha provocato la discesa a valle di acqua e sedimenti fortemente inquinati da metalli pesanti. Nonostante gli sforzi fatti per limitare il danno, grazie ai quali si è riusciti a deviare verso l'Atrlantico l'ondata del Guadalquivir, i fanghi hanno ricoperto una superficie di oltre 2000 ettari con danni non quantificabili sui relativi ecosistemi (le paludi di Dognana che rappresentano, tra l'altro, un importantissimo punto di stazionamento e nidificazione per molte specie di uccelli migratori.>br> Di seguito vengono riportate, a titolo di esempio, le caratteristiche salienti di tre metalli pesanti a larga diffusione e ad elevato impatto ambientale.

Il cadmio

E' un elemento che non entra nella composizione degli organismi (non-essenziale), fortemente tossico. Quando assunto dai mammiferi tende ad accumularsi nei reni causando disfunzioni piuttosto gravi.
Si tratta di un metallo "moderno", usato intensivamente nell'industria da una trentina d'anni.
Il suo grado di immobilizzazione nella componente minerale del suolo è piuttosto basso e quindi in cadmio è altamente mobile e biodisponibile. Qualora riesca ad arrivare sulle nostre tavole attraverso la catena alimentare umana, cioè quando esso inquina un suolo agricolo o zone di pesca, i suoi effetti sulla nostra salute possono essere estremamente gravi. Una direttiva europea limita ad un massimo di 3 Zg la concentrazione di cadmio nei suoli agricoli.
In agricoltura, le principali fonti di Cadmio sono i fertilizzanti fosfatidici (nei quali esso è presente come contaminante) e le emissioni industriali.
Uno dei più gravi casi di inquinamento da cadmio si è verificato in Giappone in seguito a contaminazione del suolo delle risaie ad opera di sedimenti provenienti da un vicino bacino minerario. Per via della contaminazione, i contadini assumevano cadmio sia mangiando il riso sia bevendo l'acqua inquinata del fiume. Alla fine della seconda guerra mondiale si riscontrò che circa 200 anziane, madri di diversi figli, avevano sviluppato danni renali e gravi deformità scheletriche. La malattia era stata chiamata dai locali "itaitai", che significa "dell'enorme dolore", ad indicare le sofferenze cui le persone colpite andavano incontro a causa della deformazione ossea.
Infatti il cadmio, tra l'altro, inibisce la produzione della vitamina D che ha un ruolo molto importante nell'assorbimento intestinale di calcio; si è stimato che la popolazione avesse assunto in media, sia attraverso la dieta che attraverso l'acqua, una quantità di cadmio pari a circa 600Zg/giorno, il chè equivale a dieci volte il valore massimo tollerabile da un organismo umano. Una recente indagine sul territorio giapponese ha rilevato che l'estensione ancora inquinata da cadmio è pari a circa il 9,5% della superficie coltivata totale.

Mercurio

Anche il mercurio è un elemento non-essenziale e fortemente tossico. I processi industriale per la produzione di idrossido sodio o soda caustica (NaOH), la produzione di alcuni tipi di plastiche e le discariche abusive di reflui industriali, rappresentano tra le principali fonti d'inquinamento da mercurio. Ma il mercurio viene ancora utilizzato da vecchi impianti per l'estrazione dell'oro e nel corso della fabbricazione industriale della carta.
Uno dei casi più gravi di contaminazione da mercurio si è verificato, ancora una volta, in Giappone, nel distretto della Baia di Minamata; il mercurio, disciolto in numerosi corsi d'acqua e raggiunta la baia in forma di solfato di mercurio solubile (HgSO₄), è prima precipitato nei sedimenti del fondale in forma di sulfuro insolubile (HgS) ed è quindi stato metilato dai batteri dell'ambiente sedimentario. Il metilmercurio è molto volatile e viene facilmente assorbito dal fitoplancton e dalle alghe, entrando così nella catena alimentare acquatica. Il processo di biomagnificazione (concentrazione di un inquinante lungo la catena alimentare), fa sì che il mercurio vada a concentrarsi nei tessuti grassi dei pesci e, ancora di più, in quelli dell'uomo che se ne nutre.
Nella sua forma metilata il mercurio è una potente neurotossina e può compromettere irreversibilmente la funzionalità del tessuto nervoso. Esso, inoltre, ha numerosi effetti teratogenici (provoca malformazioni fetali).
Nel caso giapponese, il mercurio ha gravemente intossicato 78 persone delle quali ne sono morte 7, ma casi analoghi si sono verificati un po' ovunque, soprattutto in America Latina per l'inquinamento dei corsi d'acqua dovuto alle cartiere adiacenti alle aree forestali tropicali soggette a taglio.
Fino a qualche anno fa, il mercurio veniva pefino usato come componente di alcuni pesticidi, per la sua capacità di impedire l'ammuffimento dei semi destinati ad essere messi a coltura; è stata proprio l'entrata accidentale di questi semi nella catena umana ad aver provocato uno dei più gravi casi di avvelenamento umano. Nel 1971-72, una partita di semi di cereali trattati con mercurio e proveniente dall'Irak, invece di essere seminata finì macinata in farina per il pane: nel 1972, 6530 persone che avevano mangiato il pane contaminato da mercurio furono ricoverate in ospedale e, di queste, ne morirono 459.

L'arsenico

Un altro elemento non-essenziale e fortemente tossico. A differenza dei precedenti, l'impiego dell'arsenico è stato vastissimo; usato come pigmento nelle vernici, come pesticida, come agente per proteggere il legno dai parassiti, le fonti di arsenico sono numerose e diffuse. L'arsenico è inoltre associato alle miniere di zolfo, presso le quali si accumula in gran quantità negli scarti, sotto forma di ganga, oppure emesso direttamente in forma volatile nell'atmosfera nel corso della lavorazione degli altri minerali (il 40% delle emissioni di arsenico ha questa origine). Altra fonte di arsenico atmosferico è la combustione del carbone (20% delle emissioni totali), mentre l'arsenico presente nelle ceneri incombuste contribuisce all'inquinamento del suolo e dell'acqua.
La tossicità dell'arsenico è legata alla sua somiglianza chimica con il fosforo, un elemento essenziale per gli organismi viventi: una volta entrato nell'organismo, l'arsenico può interferire con la funzionalità delle vie metaboliche che coinvolgono il fosforo, in particolare quelle grazie alle quali avviene la sintesi dell'ATP. Se assunto in quantità elevate può risultare carcinogenico: l'incidenza dei tumori alle vie respiratorie è notevolmente più elevata negli operai che sono continuamente esposti all'inalazione di questo metallo.