Scambi all’interfaccia acqua-aria e suolo-aria

Un aspetto chiave del ciclo biogeochimico del mercurio (Hg) nell’ambiente è rappresentato dagli scambi gassosi tra le superfici naturali (acquatiche e terrestri) e l’atmosfera. Questo metallo può essere infatti facilmente rilasciato in atmosfera e successivamente disperso a grandi distanze grazie all’elevata volatilità della sua forma elementare (Hg0 o GEM, Gaseous Elemental Mercury). Le emissioni di GEM da superfici naturali possono raggiungere valori particolarmente elevati per substrati caratterizzati da un elevato contenuto di Hg quali quelli presenti presso siti contaminati da attività antropica mineraria o industriale (Agnan et al., 2016). La disponibilità di Hg nel substrato rappresenta il principale fattore influente sui flussi di GEM, la cui entità tuttavia dipende anche dalle interazioni sito-specifiche tra diversi altri fattori (in particolare radiazione incidente e temperatura) influenti sulla formazione del GEM attraverso reazioni di riduzione abiotiche o biotiche del Hg e sugli scambi gassosi (Beckers & Rinklebe, 2017). Nei siti contaminati da Hg, elevate emissioni di GEM alle interfacce suolo-aria e acqua-aria possono persistere per lungo tempo anche a seguito della rimozione della sorgente di contaminazione. Lo studio di queste emissioni e l’identificazione dei principali fattori influenti risulta quindi essenziale per comprendere il destino del Hg rilasciato nell’ambiente e per una esaustiva valutazione del potenziale rischio per la salute umana. L’area compresa tra la fascia costiera della Regione Friuli Venezia Giulia e il corso del fiume Isonzo offre l’opportunità di studiare i flussi di GEM in diversi contesti ambientali. Quest’area è nota infatti per la contaminazione storica da Hg legata all’attività estrattiva nella miniera di Idria, che ha causato il rilascio nell’ambiente di ingenti quantitativi di materiale ancora arricchito in Hg poi redistribuiti a valle in suoli e sedimenti dal torrente Idrijca, affluente dell’Isonzo, fino al Golfo di Trieste. Una seconda sorgente di contaminazione da Hg nell’area costiera è collegata ai passati scarichi dell’impianto cloro-soda di Torviscosa nel sistema fluviale Aussa-Corno, tributario della laguna (Covelli et al., 2001; 2012; Acquavita et al., 2022). Al fine di valutare il potenziale rilascio secondario di GEM dai suoli contaminati della pianura isontina, sono state realizzate una serie di misure in diversi periodi dell’anno (estate, autunno e inverno) utilizzando una camera di flusso accoppiata ad un analizzatore di GEM portatile (Lumex RA915M) in 6 diversi siti distribuiti lungo il corso dell’Isonzo e caratterizzati da un diverso contenuto in Hg totale nel suolo superficiale (2÷30 mg/kg). In tutti i siti sono state osservate emissioni di GEM relativamente elevate, con i valori massimi riscontrati nella stagione estiva grazie al maggior irraggiamento e alle temperature più elevate. A differenza delle altre stagioni, in inverno non è stata riscontrata una correlazione significativa tra i flussi di GEM e le concentrazioni di Hg nei suoli: ciò è probabilmente dovuto alla ridotta disponibilità di energia a basse temperature, non sufficiente a provocare l’emissione di GEM da questi suoli arricchiti principalmente in cinabro. L’andamento diurno, i flussi di GEM seguono il medesimo andamento della radiazione incidente e della temperatura, con massimi nella parte centrale della giornata, confermando l’importanza di questi parametri nel favorire la riduzione del Hg e la sua successiva volatilizzazione. Inoltre, a parità di concentrazione di Hg nel suolo, i flussi misurati da suoli caratterizzati da una copertura vegetale erbacea sono risultati significativamente inferiori a quelli ottenuti da suoli privi di vegetazione, confermando come la copertura vegetale possa limitare l’emissione di GEM ombreggiando il suolo e costituendo una sorta di “attenuazione naturale” (Floreani et al., 2023a). Questa conclusione è ulteriormente supportata da una serie di misure condotte presso l’ex distretto minerario di Idria, dove i flussi misurati in alcune zone boschive caratterizzate da concentrazioni di Hg nel suolo molto elevate (fino a oltre 10000 mg/kg) sono risultati inferiori a quelli ottenuti per i suoli non ombreggiati della pianura isontina (Floreani et al., 2023b). Un approccio simile è stato applicato per lo studio dei flussi di GEM all’interfaccia acqua-aria, utilizzando una camera di flusso galleggiante, in ambienti marino-costieri della Laguna di Grado e del Golfo di Trieste caratterizzati da un diverso grado di contaminazione e idrodinamismo. Anche in questo caso i flussi di GEM hanno seguito la medesima variazione stagionale legata all’andamento di radiazione incidente e temperatura, con emissioni estive elevate a causa dell’importante produzione di GEM attraverso la foto-riduzione (Floreani et al., 2019). Inoltre, è stata osservata una rilevante influenza della dinamicità della colonna d’acqua sull’entità dei flussi di GEM. In particolare, i flussi di GEM in un sito relativamente incontaminato nella parte meridionale del Golfo di Trieste (Baia di Pirano, Slovenia), caratterizzato da un importante moto ondoso, sono infatti risultati paragonabili a quelli riscontrati in una valle da pesca della laguna di Grado fortemente impattata da Hg, ma caratterizzata da un ridotto ricambio idrico. L’elevata dinamicità della colonna d’acqua nel sito di Pirano favorisce gli scambi gassosi con l’atmosfera, portando ad un rapido esaurimento del pool di Hg disponibile per la volatilizzazione nell’acqua superficiale e a flussi effusivi quasi nulli durante il periodo notturno. Al contrario, in valle da pesca, la ridotta idrodinamicità limita l’evasione di GEM in l’atmosfera, con una scarsa differenza tra i flussi misurati nel periodo diurno e notturno. Questo fenomeno inoltre può potenzialmente aumentare il tempo di permanenza del Hg in ambiente acquatico e quindi la sua disponibilità per reazioni come la metilazione (Floreani et al., 2023c).