Scambi laguna-mare di acqua, materiale particolato e organismi e processi erosivi

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Inquinanti prioritari e rilascio di sostanze pericolose dal sedimento.

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Contaminanti emergenti in laguna, esposizione ed effetti

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Tematica 2 Sedimenti, inquinamento chimico e interazione con gli organismi lagunari

La valutazione della qualità del sedimento in laguna di Venezia è cruciale considerato il ruolo essenziale che questo svolge nell’ambiente acquatico lagunare. Il sedimento, infatti, è in continuo contatto con la colonna d’acqua sovrastante e interagisce con essa attraverso processi di sedimentazione/risospensione di particolato e di scambio con le acque interstiziali ed è sede di processi biologici ad opera di microorganismi che contribuiscono a fondamentali cicli biogeochimici. Tutti questi processi influenzano la ripartizione dei contaminanti organici e inorganici tra acque e sedimento e determinano la possibile esposizione delle comunità biologiche, a partire dagli organismi bentonici che vivono a diretto contatto con il sedimento (incluse le specie di rilevanza per le attività di acquacoltura tipiche della laguna), ad una varietà di sostanze pericolose. Tutte le attività inerenti la gestione del sedimento, quali le operazioni di dragaggio dei canali di navigazione o la ricostruzione di strutture morfologiche, che sono indispensabili nella gestione della laguna e comportano la movimentazione di ingenti quantità di sedimento, non possono prescindere dalla considerazione di criteri di sostenibilità ambientale. Questo rende necessario applicare metodologie integrate per la valutazione della qualità del sedimento, che prendano in considerazione e integrino informazioni relative al grado della contaminazione, alla biodisponibilità dei contaminanti, ai suoi effetti ecotossicologici.
Inoltre, in questo contesto, le opere alle bocche di porto per il sistema MOSE potranno avere un’influenza sulle dinamiche sedimentarie in laguna sul breve, medio o lungo termine, che dovranno essere adeguatamente considerate per le loro possibili implicazioni in termini di esposizione ai contaminanti e conseguentemente di rischio ecologico. Infine, se finora lo studio dell’inquinamento del sedimento è stato focalizzato sugli inquinanti organici e inorganici “prioritari”, si ravvisa ora la necessità, supportata anche dai più recenti sviluppi normativi oltre che scientifici degli ultimi anni, di estendere la conoscenza relativa alla presenza di contaminanti emergenti (quali interferenti endocrini, farmaceutici, pesticidi, microplastiche, etc.) e agli effetti (eco)tossicologici che questi possono avere sugli ecosistemi e sulla salute umana (attraverso il consumo di organismi eduli). L’obiettivo generale della Tematica 2 è pertanto quello di approfondire la conoscenza relativa alla contaminazione del sedimento lagunare e alle dinamiche che la influenzano, anche in relazione all’entrata in funzione del MOSE, attraverso l’integrazione mirata di approcci sperimentali e modellistici che permettano di indagare specifiche problematiche finora poco o nulla studiate (come descritto nelle schede relative a ciascuna linea di ricerca). Le indagini proposte considereranno inoltre le attività produttive legate all’allevamento della vongola Ruditapes philippinarum.

Linea di ricerca 2.1. Scambi laguna-mare di acqua, materiale particolato e organismi e processi erosivi

La La gestione dei sedimenti all’interno della laguna di Venezia, con la costruzione delle strutture morfologiche necessarie al contenimento dell’erosione e al mantenimento delle caratteristiche intertidali della laguna, è cruciale. Il problema principale nel processo pianificatorio consiste nel valutare il corretto riutilizzo dei sedimenti dragati, mantenendo la qualità e la biodiversità complessiva dell’ecosistema lagunare e dei servizi ecosistemici che esso fornisce, quali quelli legati alle attività produttive (ad es. allevamento di molluschi bivalvi). In questo contesto, è in corso la revisione della normativa applicata in Laguna (il cosiddetto “Protocollo Fanghi” del 1993) da cui dipendono le scelte gestionali relative alla movimentazione del sedimento. La comunità scientifica è in grado di offrire un valido supporto alla nuova classificazione attraverso una serie di approfondimenti che permettono una corretta valutazione della qualità dei sedimenti, attraverso l’integrazione di diverse tipologie di indagine che valutino la reale mobilità e biodisponibilità degli inquinanti del sedimento di fondo. Inoltre, sarà necessario considerare e valutare gli effetti che la messa in esercizio del MOSE potrà avere sulle dinamiche sedimentarie, sulla qualità del sedimento, sugli organismi e sulle attività produttive legate alla molluschicoltura. Attraverso l’integrazione di diverse tipologie di indagini sperimentali e modellistiche, la Linea 2.1 ha come obiettivo fondamentale l’ottenimento di informazioni necessarie a supportare una gestione sostenibile dei sedimenti. A questo fine verranno ampliate le conoscenze sulla qualità del sedimento, sulle dinamiche che la determinano e influenzano, nonché sull’interazione con gli organismi lagunari. La linea di ricerca, costituita da diverse indagini strettamente integrate tra loro, è strutturata in quattro workpackages: WP2.1.1, nel quale si prevede di: i) raccogliere ed elaborare tutte le informazioni disponibili in letteratura e presso enti di riferimento relative alla qualità delle acque e del sedimento superficiale e profondo della laguna di Venezia e al suo ruolo come sorgente secondaria di contaminazione; ii) raccogliere ed elaborare tutte le informazioni disponibili in letteratura e presso enti di riferimento relative ai valori di fondo per inquinanti inorganici in laguna di Venezia; iii) pianificare nel dettaglio le attività sperimentali previste nei WP2.1.2-3-4.
WP2.1.2, che ha come obiettivi: i) la realizzazione di opportune indagini sperimentali a completamento del quadro conoscitivo esistente, relativamente ai sedimenti nei canali navigabili interessati da operazioni di dragaggio e a diversi aspetti o “linee di evidenza” (chimica, bioaccumulo, ecotossicologia, genomica, biomarkers); e ii) l’integrazione dei dati e delle informazioni raccolti o generati al fine della stima del rischio chimico mediante una metodologia integrata basata sull’approccio Weight of Evidence per la valutazione della qualità del sedimento. I risultati di tale WP consentiranno di supportare la sperimentazione e l’implementazione della nuova normativa sulla movimentazione dei sedimenti. WP2.1.3, nel quale verranno condotti due approfondimenti specifici: i) uno studio relativo ai processi all’interfaccia acqua-sedimento al fine di approfondire (anche in relazione all’entrata in funzione del MOSE) le problematiche relative al sedimento come sorgente secondaria di contaminazione e come modificatore della trofia; e ii) uno studio della frazione ultrafine del sedimento (al di sotto di 4 µm), al fine di comprendere quale sia il suo ruolo nella determinazione della qualità complessiva di questo comparto. WP2.1.4, nel quale si prevedono: i) la valutazione dei potenziali effetti dovuti alla messa in funzione del MOSE sull’ecosistema e sulle attività produttive legate alla molluschicoltura (venericoltura). A questo fine, importanti parametri fisiologici in molluschi bivalvi e diverse variabili ambientali verranno rilevati in tempo reale durante il primo anno di funzionamento del MOSE. Verranno inoltre effettuate analisi cellulari, biochimiche, molecolari e microbiologiche in vongole allevate in prossimità della bocca di porto di Chioggia, e ii) l’integrazione dei dati generati mediante una metodologia integrata basata sull’approccio Weight of Evidence per la valutazione degli impatti sull’attività di molluschicoltura. I risultati consentiranno complessivamente di supportare l’implementazione di nuove linee guida sulla movimentazione dei sedimenti e di valutare i possibili effetti associati all’entrata in funzione del MOSE anche sulle attività produttive legate alla molluschicoltura

Linea di ricerca 2.2. Inquinanti prioritari e rilascio di sostanze pericolose dal sedimento

Lo studio riguarda le dinamiche del Hg nel sedimento e nelle acque interstiziali della laguna di Venezia attraverso un approccio che integra indagini di campo (carotaggi, camere bentiche), di laboratorio (analisi chimiche, studi di microcosmo) e di modellistica numerica (modelli biogeochimici per nutrienti e mercurio). Lo scopo principale è quello di migliorare la comprensione dei fattori idrodinamici e biogeochimici che favoriscono la produzione e l’export del MMHg (mono-metilmercurio) dai sedimenti, specie tossica e bioaccumulabile del Hg. Questi aspetti assumono particolare rilevanza in vista della messa in funzione del sistema MOSE che causerà temporanee riduzioni dell’idrodinamica e aumento dei tempi di ricambio delle acque nella laguna. In sinergia con il trend di aumento della temperatura delle acque dovuto ai cambiamenti climatici, queste situazioni determineranno verosimilmente un aumento dei fenomeni di ipossia/anossia delle acque, che si ripercuoteranno sullo stato dei sedimenti superficiali. Con la maggiore situazione stagnazione delle acque nei bassi fondali lagunari può verificarsi un aumento della metilazione del mercurio e delle concentrazioni di MMHg nei sedimenti e nell’acqua. Questa possibilità è da considerarsi un rischio per l’ecosistema lagunare, essendo il MMHg rapidamente assimilabile e biomagnificato nella catena trofica. La cinetica di metilazione verrà investigata in campo e in laboratorio (microcosmi, con repliche), stimando il rilascio di MMHg prima e dopo un periodo di incubazione. Il rilascio di altre specie metalliche pericolose per l’ecosistema lagunare (Pb, Zn, Cu, Cd, etc.) verrà osservato nei microcosmi durante il periodo di incubazione.
L’accoppiamento dello studio sulla velocità di metilazione con uno studio della domanda di ossigeno in situ da parte del sedimento, che verrà protratto nel tempo in 16 siti lagunari, consentirà una ragionevole estrapolazione dei risultati ottenuti per il MMHg in aree più estese della laguna di Venezia. Le relazioni tra le variabili ambientali e l’intensità dei processi di metilazione saranno determinate dai risultati sperimentali e incorporate nel codice del modello biogeochimico del Hg, se ritenute sufficientemente robuste. Attraverso l’implementazione di un modello supportato da una significativa quantità di dati sperimentali, sarà possibile quantificare i processi di trasporto e trasformazione di Hg e MeHg in laguna, fornendo anche una stima per quei processi che non saranno investigati direttamente sul campo. Inoltre, utilizzando un modello a box spazialmente risolto, si potranno simulare orizzonti temporali piuttosto ampi, sia per ricostruire retrospettivamente l’andamento degli input di Hg alla laguna, che per fornire previsioni sull’evoluzione del ciclo del Hg nel sistema.

Linea di ricerca 2.3. Contaminanti emergenti in laguna, esposizione ed effetti

La Tematica 2 (Sedimenti, inquinamento chimico e interazione con gli organismi lagunari) ha come obiettivo generale quello di approfondire la conoscenza riguardante la contaminazione e i processi che influenzano la qualità del sedimento lagunare, indagando in particolare problematiche specifiche finora poco studiate, tramite approcci sperimentali e modellistici mirati. In questa tematica si inserisce la Linea 2.3, che ha come oggetto principale gli inquinanti emergenti. La presenza delle sostanze prioritarie nelle diverse matrici ambientali lagunari (acqua, biota, sedimenti) è continuamente controllata tramite appositi monitoraggi periodici previsti per legge. Attualmente risulta di fondamentale importanza estendere la conoscenza attuale sulla contaminazione lagunare ai cosiddetti “contaminanti emergenti”. Essi comprendono tra gli altri erbicidi e pesticidi (ad es. glifosato, piretroidi e neonicotinoidi), farmaci e cosmetici, composti perfluoroalchilici (PFAS), bisfenolo A, microplastiche. Alcune classi di questi inquinanti possono potenzialmente contribuire allo stato di qualità delle acque, dei sedimenti e del biota lagunare più di quanto non contribuiscano gli inquinanti definiti prioritari. Recenti normative hanno introdotto alcuni inquinanti emergenti in aggiunta a quelli prioritari (D. Lgs. 172/2015), come ad esempio alcuni agenti antifiamma e pesticidi. Va sottolineato che i contaminanti emergenti non sono necessariamente composti chimici di nuova formulazione, ma molto spesso sono sostanze in uso da decenni ma che solo negli ultimi anni hanno destato preoccupazione per la loro diffusione in ambiente ed i loro possibili effetti tossici per la salute dell’uomo e di altri organismi in generale. La pericolosità di queste sostanze è legata principalmente alla capacità di generare, individualmente e in miscela, effetti a lungo termine. Ad oggi quindi non è stato condotto alcun censimento dei contaminanti emergenti in laguna di Venezia. Gli obiettivi specifici della Linea 2.3 sono quindi quelli di approfondire la conoscenza sullo stato di contaminazione delle acque, sedimenti e biota della laguna di Venezia da parte dei contaminanti emergenti, di individuarne le principali sorgenti e di indagarne la loro distribuzione e il destino nell’ambiente acquatico lagunare, sia sperimentalmente che modellisticamente. Attraverso la valutazione degli effetti ecotossicologici e del rischio ambientale associato a questi contaminanti verranno identificate quali classi o singole sostanze (ed eventuali prodotti di biodegradazione) richiedono di essere incluse in future attività di monitoraggio. La prima attività che verrà effettuata riguarderà, in seguito ad attenta e scrupolosa ricerca bibliografica, l’identificazione delle classi target di contaminanti emergenti (ad esempio, interferenti endocrini, pesticidi, farmaceutici, “personal care products” quali fragranze, microplastiche), delle loro possibili principali sorgenti di contaminazione, dei percorsi di diffusione e dei bersagli. Seguirà l’attività di pianificazione ed esecuzione del campionamento delle matrici ambientali sulla base del modello concettuale sviluppato. La valutazione dell’esposizione verrà realizzata tramite analisi chimiche sperimentali e l’applicazione di modelli previsionali. La determinazione e valutazione sperimentale delle concentrazioni di inquinanti emergenti in sedimenti, acque e biota verrà condotta attraverso analisi multi-residuali e screening qualitativo mediante tecniche accoppiate con spettrometria di massa, sia ad alta che a bassa risoluzione e tandem, e analisi quantitativa target sostanza/classe specifici.
Successivamente, attraverso l’applicazione di approcci modellistici che consentiranno di integrare dati di emissione e concentrazioni misurate sperimentalmente, verrà realizzato il bilancio di massa per l’ambiente lagunare ai fini di stimare le concentrazioni di contaminanti previste nelle matrici ambientali. La messa a punto del design sperimentale e la conduzione di una serie di test ecotossicologici su singoli contaminanti e miscele di contaminanti verrà effettuata con lo scopo di ricavare i parametri ecotossicologici fondamentali (EC50, NOEC, LOEC, etc.) ai fini della stima della PNEC (Predicted No Effect Concentration). Il design sperimentale ecotossicologico prevederà: • Determinazione della tossicità cronica dei sedimenti utilizzando come modelli sperimentali anfipodi (test a 28 giorni con Corophium orientale o Monocorophium insidiosum) e degli effetti sub-cronici su indicatori particolarmente sensibili alla endocrine disruption (test di sviluppo larvale con copepodi) e valutazione delle eventuali correlazioni con i contaminanti emergenti. • Determinazione della tossicità subcronica nei confronti degli stadi larvali di copepodi (Acartia tonsa) e bivalvi ostriche o mitili (Crassostrea gigas o Mytilus galloprovincialis) di acque superficiali e valutazione dell’applicabilità di ulteriori modelli sperimentali. Le indagini ecotossicologiche su matrici contaminate artificialmente (spiking) comprenderanno nel dettaglio: • Determinazione della tossicità cronica (su anfipodi) e subcronica (su copepodi) di singoli contaminanti emergenti o miscele di contaminanti aggiunti in concentrazioni note a sedimenti di controllo/riferimento (determinazione delle relazioni concentrazione-effetto). • Determinazione della tossicità subcronica (su copepodi e/o bivalvi) di singoli contaminanti emergenti o miscele di contaminanti aggiunti in concentrazioni note ad acque superficiali (determinazione delle relazioni concentrazione-effetto). • Determinazione della tossicità cronica (su copepodi) di singoli contaminanti emergenti o miscele di contaminanti aggiunti in concentrazioni note ad acque superficiali (determinazione della NOEC). Le indagini ecotossicologiche su specie di interesse commerciale (esposizioni controllate di esemplari di vongola filippina Ruditapes philippinarum a miscele di contaminanti reali e artificiali) prevederanno: • Determinazione di effetti biologici mediante l’utilizzo di biomarkers specifici (es. acetilcolinesterasi, biomarkers di stress ossidativo, biomarkers di alterazioni lisosomiali e di perossidazione lipidica, biomarkers di danno genotossico e biomarkers dello stato di immunosorveglianza). • Determinazione di modificazioni di processi biologici e molecolari mediante l’utilizzo di analisi genomiche (trascrittomica). Infine, attraverso l’integrazione dei risultati sperimentali e modellistici ottenuti, verrà effettuata un’analisi di rischio ecologico di screening, sia per i singoli contaminanti di interesse che per loro miscele e di rischio per la salute umana (ad es. Species Sensitivity Distribution, approcci Weight-of-Evidence, etc.) in accordo con linee guida internazionali. I risultati della caratterizzazione del rischio permetteranno di priorizzare le sostanze rilevate e di formulare la proposta di una Watch List per la laguna di Venezia che possa supportare lo sviluppo di futuri piani di monitoraggio