SEDIMENTI, INQUINAMENTO CHIMICO E INTERAZIONE CON GLI ORGANISMI LAGUNARI
Linea 2.1 Scambi laguna-mare di acqua, materiale particolato e organismi e processi erosivi
Obiettivo: valutare, all’interno del processo pianificatorio, 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).
Principali risultati:
- Integrazione delle analisi chimiche ed ecotossicologiche sui sedimenti, mediante un approccio Weight of evidence capace di includere anche le evidenze fornite da test trascrittomici
- I siti di campionamento, sono caratterizzati da comunità batteriche con differenze significative nel metabolismo e nelle funzioni relative a geni coinvolti nel processamento di contaminanti, nella patogenicità e nella resistenza agli antibiotici
- Le analisi di inquinanti organici e metalli pesanti nel sedimento e nei tessuti degli animali (bioaccumulo) prelevati nel primo anno non hanno rilevato criticità
- Le analisi molecolari volte a caratterizzare i profili di espressione genica e del microbiota degli animali hanno evidenziato variazioni significative tra gli animali raccolti nelle diverse aree di allevamento, potenzialmente legate alle diverse caratteristiche chimico-fisiche delle aree di crescita degli organismi
Le attività portate avanti nell’ultimo anno hanno visto il completamento dei campionamenti previsti nei canali navigabili (fustelle da 1 m dal piano fondale in cinque siti nel Canale Vittorio Emanuele III e uno nel Canale San Felice).
L’obiettivo della Linea è stimare il carico di particellato veicolato nella laguna di Venezia dal fiume Dese e dal canale Osellino e investigare i processi che regolano il suo trasferimento agli apparati di foce e alle aree a basso fondale direttamente connesse. Il particellato veicolato dal bacino scolante è un materiale prezioso, essenziale per contrastare l’appiattimento della laguna e l’impoverimento della morfodiversità. Al contempo, un suo deposito in eccesso nelle aree a basso fondale prossime alle foci può determinare l’interrimento di canali secondari e ghebi, aumentando la stagnazione delle acque.
Su ciascuno dei due tributari, una stazione di misura acquisisce in continuo i valori di portata e attraverso una misura di backscatter viene stimato il carico solido. Una terza stazione di misura è operativa sul Canale di S. Maria (una derivazione del fiume Dese) per la misurazione del trasporto solido verso la Palude di Cona. Attraverso misure periodiche -effettuate da bordo di imbarcazioni o utilizzando un veicolo autonomo di superficie- e l’analisi di campioni d’acqua, viene progressivamente affinato il calcolo delle portate e del carico solido e investigata la circolazione nell’area di estuario. Al verificarsi di eventi di piena, il trasporto solido viene misurato grazie all’impiego di autocampionatori e le caratteristiche meteorologiche dell’evento vengono ricostruite in ambiente GIS utilizzando i dati di precipitazione oraria, disponibili in varie stazione dei sottobacini scolanti.
Mappe batimetriche di dettaglio degli alvei e dei bassi fondali, che sono fondamentali sia per lo studio della circolazione idrica che per quello morfologico, sono state acquisite nei settori di maggiore interesse degli estuari e in particolari sezioni di riferimento, utilizzando un veicolo autonomo di superficie dotato di ecoscandaglio e un drone. Ortofoto vengono elaborate attraverso modelli digitali per ottenere batimetrie esportabili in ambiente GIS. L’insieme delle informazioni acquisite e le metodologie di indagine sviluppate dalla Linea sono di utilità nella gestione idraulica a morfologica dell’interfaccia terraferma-laguna.
Grazie all’uso di trappole per sedimento, si stanno acquisendo stime in serie temporale del flusso di deposizione apparente del particellato, negli alvei e nei bassi fondali; tali flussi vengono messi in relazione con gli eventi precipitativi, l’andamento delle portate e del carico solido.
Infine, attraverso l’analisi di carote di sedimento viene investigata la contaminazione generata dal sottobacino idrologico sull’apparato di foce e i processi che intervengono sulla morfologia del fondale e verrà quindi elaborata una mappa della contaminazione del sedimento.
Linea 2.2 Inquinanti prioritari e rilascio di sostanze pericolose dal sedimento
Obiettivo: scopo principale è quello di migliorare la comprensione dei fattori idrodinamici e biogeochimici che favoriscono la produzione e l’export del MeHg (mono-metilmercurio) dai sedimenti e sviluppare strumenti in grado di simulare questi processi in maniera integrata. Il MeHg è una specie altamente tossica e bioaccumulabile che si trasferisce facilmente attraverso la catena alimentare, al punto che l’OMS ha redatto delle linee guida per limitare il consumo di prodotti ittici potenzialmente contaminati
Principali risultati:
- Definizione dei processi che determinano il consumo di ossigeno sia nella colonna d’acqua che nel sedimento
- Sviluppo e test di un modello integrato della dinamica del mercurio accoppiato ad un modello idrodinamico (SHYFEM) e ad un modello semplificato della dinamica dei sedimenti
- Simulazioni dinamiche dei processi di trasporto e trasformazione delle specie del mercurio in laguna
- Stima dell’evoluzione delle concentrazioni e della distribuzione spaziale del Hg e MeHg in laguna
La Linea studia le dinamiche che governano il ciclo del mercurio (Hg) nel sedimento e nelle acque interstiziali della laguna di Venezia, attraverso indagini di campo (camere bentiche), di laboratorio (analisi chimiche, studi di microcosmo) e di modellistica numerica (modelli biogeochimici).
Viene investigato l’andamento della domanda di ossigeno del sedimento (SOD – uno dei fattori più rilevanti per la dinamica del MeHg) attraverso misure periodiche con camere bentiche realizzate ad hoc, condotte su 4 aree test lagunari. Le misure in campo sono accompagnate da determinazioni in laboratorio condotte con microelettrodi su microcosmi, per osservare i processi che determinano il consumo di ossigeno, sia nella colonna d’acqua che nel sedimento. Queste misure evidenziano differenti risposte stagionali da sito a sito in relazione alle condizioni chimico-fisiche stagionali dell’acqua, in particolare della temperatura. La sperimentazione è anche finalizzata allo studio dei processi che producono crisi anossiche nel periodo estivo ed è propedeutica ad un’attività di controllo della situazione in tutte le aree della laguna sensibili a tali eventi di degrado.
Una complessa sperimentazione sulla produzione e il rilascio di MeHg in due siti è stata effettuata in novembre 2019 (condizioni autunnali) e verrà ripetuta nel mese di agosto 2021, per permettere il confronto con una condizione estiva. Lo scopo è quello di investigare gli aspetti sia qualitativi che quantitativi del processo di produzione di MeHg dal sedimento, ovvero le relazioni tra le condizioni ambientali e la loro influenza sui processi di rilascio del mono-metilmercurio e sulle sue concentrazioni.
È stato sviluppato, testato e calibrato un modello integrato della dinamica del mercurio accoppiato ad un modello idrodinamico agli elementi finiti (SHYFEM) e ad un modello semplificato della dinamica dei sedimenti sviluppato appositamente all’interno di questo progetto. Il modello integrato permette di simulare dinamicamente i processi di trasporto e trasformazione delle specie del mercurio in laguna in un dominio ad alta risoluzione spaziale, fornendo una stima dell’evoluzione delle concentrazioni e della distribuzione spaziale del Hg e MeHg in laguna e, in generale, dei processi che non vengono investigati direttamente sul campo. Il modello integrato del mercurio è stato sviluppato sulla base delle conoscenze pregresse acquisite dalla comunità scientifica e verrà confrontato e integrato ove possibile con i nuovi dati prodotti nel progetto. Lo sviluppo di modelli biogeochimici consente anche di condurre analisi di scenario per esplorare l’effetto della variazione delle condizioni ambientali, come ad esempio, l’incremento della temperatura delle acque e le modifiche della circolazione e dell’idrodinamismo indotte dalla regolazione delle acque alte e dai cambiamenti climatici. Un’analisi preliminare delle dinamiche attuali e degli scenari futuri di variazione dei carichi di mercurio alla laguna è stata svolta, nella prima fase del progetto, con il box-model WASP (Rosati et al., 2020[1]) ed è stata usata anche come riferimento per la scelta dei parametri nel modello ad alta risoluzione, che presenta costi computazionali più elevati. Il modello integrato ad alta risoluzione è stato inizializzato con concentrazioni spazialmente variabili delle specie del mercurio nei sedimenti, in accordo con i dati
di Zonta et al. (2018)[2] per il mercurio totale (HgT) e con le concentrazioni di MeHg estrapolate in base al lavoro condotto con il modello a box (Rosati et al., 2020). Dopo un anno di simulazione il modello predice un decremento del Hg inorganico nel sedimento: fino a 0.03 μg/g nella parte nord e centrale della laguna e un decremento più modesto, o in alcuni punti un leggero accumulo, nella parte sud (±0.01 μg/g per anno). Contrariamente al Hg inorganico, il MeHg tende ad aumentare nel sedimento di tutta la laguna (+0.0025 ng/g per anno) e in particolare nell’area centrale (fino a +0.15 ng/g per anno).
[1] Rosati G., Solidoro C., Canu D. (2020) Mercury dynamics in a changing coastal area over industrial and postindustrial phases: lessons from the Venice Lagoon. Science of the total environment. Volume 74315. Article 140586.
[2] Zonta R., Botter M., Cassin D., Bellucci L.G., Pini R., Dominik J. (2018) Sediment texture and metal contamination in the Venice Lagoon (Italy): a snapshot before the installation of the MOSE system. Estuar. Coast. Shelf Sci. 205, 131–151
Linea 2.3 Contaminanti emergenti in laguna, esposizione ed effetti
Obiettivo: approfondire la conoscenza sullo stato di contaminazione delle acque, sedimenti e biota della laguna di Venezia da parte dei contaminanti emergenti (CEC, Contaminants of Emerging Concern), di individuarne le principali sorgenti e di indagarne distribuzione e destino nell’ambiente lagunare, sia sperimentalmente che modellisticamentene
Principali risultati:
- Tra gli inquinanti, dai dati preliminari, i neonicotinoidi sono i pesticidi da tener maggiormente sotto controllo, sia per le concentrazioni riscontrate, sia per la diffusione, che si dimostra ubiquitaria, raggiungendo aree generalmente poco inquinate della Laguna
- I test di sviluppo larvale sono stati eseguiti sui neonicotinoidi e sulle fragranze ed hanno evidenziato un significativo ritardo nello sviluppo larvale a concentrazioni già inferiori a 10 ng L-1 per alcune fragranze
- I test cronici, eseguiti solo sui neonicotinoidi, hanno messo in risalto come effetti sulla capacità riproduttiva dei copepodi si possano manifestare a concentrazioni inferiori a 10 ng L-1 (thiacloprid e clothianidin)
- I risultati ottenuti dall’esposizione al glifosato e AMPA hanno sollevato ulteriori preoccupazioni sui potenziali effetti negativi di questi composti in specie marine
- Evidenziata la presenza di C6O4 e PFOA in basse concentrazioni nei tessuti di vongole provenienti dalla laguna di Venezia (0.22 e 1.5 ng/g, rispettivamente)
Attraverso i dati di esposizione, di effetti ecotossicologici e di rischio ambientale associato a questi contaminanti, verranno identificate quali sostanze richiedono di essere incluse in una Watch List specifica per la laguna di Venezia e, quindi, essere possibile oggetto di future attività di monitoraggio.
Dopo una prima fase di approfondita ricerca bibliografica, sono stati scelti 20 contaminanti emergenti da indagare, comprendenti erbicidi e pesticidi, farmaci e cosmetici, composti perfluoroalchilici (PFAS), bisfenolo A, microplastiche.
Per valutarne l’esposizione sono state eseguite 4 campagne di campionamento nelle 4 diverse stagioni, di acqua e sedimento, in 6 siti differenti (7 nelle ultime due campagne, con l’aggiunta del sito “Rio Marin”). I risultati delle 4 campagne sono attualmente in fase di completamento ed hanno evidenziato, finora, che i siti di campionamento della laguna nord (Sant’ Erasmo e Foce del fiume Dese) e quello in prossimità dell’Ospedale di Venezia registrano generalmente concentrazioni maggiori degli altri siti, sia nelle acque che nei sedimenti. Tra gli inquinanti, dai dati preliminari, i neonicotinoidi sono i pesticidi da tener maggiormente sotto controllo, sia per le concentrazioni riscontrate, sia per la diffusione, che si dimostra ubiquitaria, raggiungendo aree generalmente poco inquinate della Laguna.
Alcuni contaminanti tra quelli analizzati, come sostanze estrogeniche, antibiotici e BHT (antiossidante di origine industriale), vengono quantificati più frequentemente nei sedimenti rispetto alle acque, riflettendo le diverse caratteristiche chimico-fisiche dei composti analizzati.
Dai dati di concentrazione acquisiti finora emerge quindi che, per un eventuale monitoraggio dei CEC nella laguna di Venezia non va sottovalutato il ruolo dei sedimenti, che fungono sia da ricettori che da sorgente secondaria per la colonna d’acqua sovrastante.
Lo studio degli effetti dei CEC si è focalizzato inizialmente sullo sviluppo larvale nei bivalvi, in seguito è proseguito valutando gli effetti subletali a medio e lungo termine sui copepodi (Acartia tonsa), scelti come indicatore biologico per via del loro ruolo cruciale nella rete trofica lagunare in quanto consumatori primari e di detrito, nonchè “riserva” di cibo per invertebrati e vertebrati della colonna d’acqua. I test di sviluppo larvale sono stati eseguiti sui neonicotinoidi e sulle fragranze ed hanno evidenziato un significativo ritardo nello sviluppo larvale a concentrazioni già inferiori a 10 ng L-1 per alcune fragranze (exilsalicilato ed amilsalicilato), mentre i neonicotinoidi esercitano la loro azione tossica a partire da concentrazioni superiori a 100 ng L-1. I test cronici, eseguiti solo sui neonicotinoidi, hanno messo in risalto come effetti sulla capacità riproduttiva dei copepodi si possano manifestare a concentrazioni inferiori a 10 ng L-1 (thiacloprid e clothianidin). Sono stati inoltre valutati gli effetti di alcuni CEC su bivalvi d’interesse commerciale per la laguna di Venezia, esposti in condizioni controllate a concentrazioni ambientali di singoli composti. A questo fine sono state applicate metodiche molecolari volte alla caratterizzazione dei profili di espressione genica e del microbiota, analisi cellulari e biochimiche e analisi chimiche per determinare l’eventuale bioaccumulo. In diversi esperimenti gli animali (vongole e mitili) sono stati esposti a glifosato e al suo metabolita AMPA, e alla fragranza amilsalicilato. Mentre le analisi dei campioni esposti ad amilsalicilato sono in corso d’opera, i risultati ottenuti dall’esposizione al glifosato e AMPA hanno sollevato ulteriori preoccupazioni sui potenziali effetti negativi di questi composti in specie marine. Infine, per la prima volta si sono valutati gli effetti del C6O4, un PFAS di nuova generazione, che sta sostituendo l’ampiamente utilizzato in passato PFOA, e che sta destando una crescente preoccupazione nella comunità scientifica e negli enti di controllo. Questo studio
ha messo in evidenza la presenza di C6O4 e PFOA in basse concentrazioni nei tessuti di vongole provenienti dalla laguna di Venezia (0.22 e 1.5 ng/g, rispettivamente). In condizioni sperimentali è stato dimostrato il possibile bioaccumulo di C6O4 nel corpo molle degli animali, nonostante il fattore di bioconcentrazione sia 5 volte inferiore a quello riscontrato nell’esposizione al PFOA. L’analisi molecolare e cellulare di animali esposti a questo composto ha dimostrato effetti simili a quelli riscontrati in seguito all’esposizione al PFOA.
La valutazione modellistica dell’esposizione degli organismi lagunari a CEC ha reso necessario innanzitutto lo sviluppo di un inventario delle emissioni di questi contaminanti nell’area oggetto di studio. Il carico medio annuale che giunge in laguna è stato stimato integrando informazioni sulle quantità di vendita regionali dei farmaci e dei prodotti fitosanitari con dati sulla distribuzione spaziale della popolazione e del terreno agricolo. Per simulare il comportamento e il destino dei contaminanti nell’ambiente lagunare è stato parametrizzato e applicato un modello multicompartimentale di distribuzione e trasporto dei contaminanti nell’ambiente lagunare, con il quale è stata effettuata una stima preliminare delle concentrazioni nell’acqua e nel sedimento. I risultati modellistici ottenuti saranno affinati utilizzando i dati sperimentali ricavati dalle quattro campagne di campionamento. Le stime di esposizione saranno successivamente integrate con la valutazione della pericolosità dei contaminanti emergenti per gli organismi lagunari (ottenuta dall’elaborazione di dati di letteratura insieme ai risultati dei test ecotossicologici) al fine di ottenere una stima del rischio ecologico di screening, volta a supportare lo sviluppo di una “Watch List” per la laguna di Venezia.
