CONOSCENZA GEOCHIMICA DEL TERRITORIO COLLANA DIRETTA DA BENEDETTO DE VIVO

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1 CONOSCENZA GEOCHIMICA DEL TERRITORIO COLLANA DIRETTA DA BENEDETTO DE VIVO 11

2 Direttore Alessandro PORRO Università degli Studi di Milano Comitato scientifico Carlo CRISTINI Università degli Studi di Brescia Antonia Francesca FRANCHINI Università degli Studi di Milano Bruno FALCONI Università degli Studi di Brescia Lorenzo LORUSSO Azienda Ospedaliera Mellino Mellini, Chiari

3 CONOSCENZA GEOCHIMICA DEL TERRITORIO COLLANA DIRETTA DA BENEDETTO DE VIVO La Collana intende proporsi come un luogo d incontro della medicina, delle professioni sanitarie, delle attività che vedono nella storia e nelle scienze umane un occasione di riflessione sulle varie tematiche della salute e sulla complessità del mondo sanitario attuale. Il gallo vuole ricordare i contenuti, le peculiarità, le attribuzioni della medicina fin dall antichità, mentre la cura testimonia l altrettanto antica dimensione terapeutico assistenziale, che accomuna le professioni non mediche a quella medica. Verranno accolti volumi di Storia della medicina, di Storia delle professioni sanitarie e di Scienze umane, nonché contributi disciplinari ed interdisciplinari, relativamente ai suddetti campi di interesse e attività.

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5 Annamaria Lima, Diego Civitillo Carmela Rezza, Stefano Albanese Claudia Cannatelli, Benedetto De Vivo Atlante geochimica ambientale dei sedimenti fluviali della Basilicata

6 Copyright MMXVI Aracne editrice int.le S.r.l. via Quarto Negroni, Ariccia (RM) (06) ISBN I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: marzo 2016

7 Indice 7 Capitolo I Introduzione 1.1. Cartografia geochimica ambientale, Linee guida per la qualità dei sedimenti, Cartografia geochimica della Regione Basilicata, Capitolo II L area oggetto di studio 2.1. La Basilicata, Inquadramento geologico strutturale e morfologico, CLima, Idrografia, Attività antropiche e sviluppo economico della Basilicata, 30 Sorgenti geogeniche e -an tropogeniche di metalli potenzialmente tossici, Capitolo III Materiali e metodi 3.1. Raccolta e preparazione dei campioni, Analisi di laboratorio e controlli di qualità delle analisi, Elaborazione statistica dei dati, Elaborazione cartogarfica, Capitolo IV Carte geochimiche degli elementi maggiori 4.1. Alluminio, C alcio (Ca), F erro (Fe), F osforo (P), M agnesio (Mg), Potassio (K), Sodio (Na), Titanio (Ti), Zolfo (S), Capitolo V Carte geochimiche degli elementi potenzialmente tossici 5.1. Antimonio, Arsenico, Berillio, Cadmio, Cobalto, Cromo, Mercurio, Nichel, Piombo, Rame, Selenio, Stagno, Vanadio, Zinco, Capitolo VI Carte geochimiche di altri elementi in tracce 6.1. Bario (Ba), B ismuto (Bi), Boro (B), Gallio (Ga), M. anganese (Mn), Molibdeno (Mo), Scandio (Sc), Stronzio (Sr), Tellurio (Te), Torio (Th), Uranio (U), Capitolo VII Carte geochimiche dei metalli nobili 7.1. Argento, Oro, Capitolo VIII Carta delle associazioni fattoriali 8.1. Cartografia delle associazioni culturali, BIbliografia 7 5

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9 Capitolo I Introduzione La contaminazione dell ambiente con sostanze tossiche, determinata da attività antropiche per decenni e colpevolmente ignorata dalle istituzioni politiche dei paesi responsabili, è finalmente diventata un argomento cruciale sia nelle relazioni fra paesi industrializzati, sia all interno dei singoli Stati. In questo quadro, si rende necessaria una conoscenza dettagliata dei fenomeni legati alle variazioni dell ambiente naturale per effetto dell inquinamento del territorio. Negli studi finalizzati alle indagini ambientali su un territorio per valutare le condizioni di salute di un area, la geochimica ambientale contribuisce in maniera determinante affinché il risultato di una ricerca abbia una fondata validità scientifica e sia utile per individuare i pericoli dovuti alla presenza di sostanze nocive per la salute dell uomo e per gli ecosistemi. L origine di una contaminazione può essere imputata a differenti fattori naturali o antropici; la reattività chimica, la capacità di accumulo e di trasformazione negli organismi vegetali e/o animali sono alcune caratteristiche che condizionano la dinamica dei contaminanti. Da ciò si evince che le sostanze contaminanti siano più pericolose se maggiormente capaci di accumularsi; i metalli pesanti hanno tali caratteristiche, e possono rappresentare quindi un rischio per la salute di organismi animali e vegetali nonché dell essere umano. Basti pensare a metalli come Pb, Hg, Cd, Zn e Cu, la cui pericolosità è provata, e il cui rilascio nell ambiente è notevolmente aumentato per effetto delle attività antropiche. Gli ambienti naturali che sono coinvolti dalla contaminazione di metalli pesanti, sono soprattutto acque superficiali, marine e freatiche, sedimenti fluviali, marini e lacustri, suoli, vegetazione e atmosfera. È dunque evidente l esigenza di attivare una valutazione e un controllo dello stato di degrado ambientale per effetto dell inquinamento; questo può essere realizzato, ad esempio, attraverso la conoscenza dei tenori di fondo naturali (background) di determinati elementi nei suoli di un territorio spespecifico. La determinazione di tali valori di concentrazione background ci consente di distinguere tra valori di concentrazioni relativamente normali e contaminazioni dovute ad attività antropiche. Figura 1.1. Atlante geochimico delle acque minerali europee (Reimann & Birke eds., 2010)

10 6 Introduzione 10 Atlante geochimico ambientale dei sedimenti fluviali della Basilicata Recentemente, il mondo scientifico, ha posto l attenzione sul rapporto tra la geologia e la medicina, ponendo le basi per la geomedicina che è da considerarsi come una nuova disciplina intesa come strumento di valutazione degli effetti dei fattori geologico-ambientali sulla distribuzione areale di patologie nell'uomo e negli animali (Belkin et al., 2013). Queste considerazioni legate alla geochimica ambientale e la salute degli organismi viventi hanno avuto origine dall osservazione che particolari patologie sono maggiormente diffuse in alcune aree geografiche piuttosto che in altre (Albanese et al., 2008a; 2013; Giaccio et al., 2012; Valera et al., 2014;). L'acquisizione di conoscenze scientifiche fondamentali di carattere geochimico, medico e nutrizionale è indispensabile per lo studio oggettivo di causa-effetto fra fattori ambientali e problemi sanitari. Da tempo sono note le relazioni fra salute umana e caratteristiche geochimiche locali per quanto riguarda carenze o eccessi di elementi chimici quali I, F, Se ed As. Milioni di persone soffrono per esempio di fluorosi dentaria in Cina per eccesso di F nelle acque (sotto forma di fluoruro) oppure mostrano sintomi di avvelenamento per eccessive concentrazioni di As nelle acque potabili (De Vivo et al., 2004). Figura 1.2. Distribuzione dell uranio nei suoli agricoli europei. Pertanto la conoscenza della composizione chimica del territorio nazionale, la valutazione delle eventuali variazioni dovute ad inquinamento e la divulgazione di questi dati, sfruttando le moderne tecniche di rappresentazione grafica, costituiscono componenti indispensabili per la predisposizione di piani di monitoraggio e il controllo delle risorse territoriali, per lo sviluppo di una diversa conce-

11 I. Introduzione 11 zione delle attività industriali e antropiche in generale, che tenga conto delle conseguenze gravi che queste ultime possono determinare per l ambiente e per l uomo Cartografia geochimica ambientale La cartografia geochimica consente di individuare le aree interessate da concentrazioni anomale di elementi tossici per la vita delle piante e degli animali e permette, inoltre, di salvaguardare l uomo da inevitabili ripercussioni legate agli equilibri della catena alimentare. Essa può svolgere, inoltre, un ruolo fondamentale nel contribuire ad incentivare la produttività del territorio mediante una più corretta gestione dell ambiente (Darnley et al., 1995; Plant et al., 2001). Per questo, a livello internazionale, sono stati prodotti i primi atlanti geochimici da parte dei servizi geologici nazionali di diversi paesi (BGS, 1987, 1990, 1991, 1992; Plant et al., 1997; Reimann et al., 1998; Sajn et al., 1998; Bodiš e Rapant, 1999; Kad nas et al., 1999; Ottesen et al., 2000; Sadeghi et al., Svezia). Figura 1.3. Distribuzione dell uranio nei suoli agricoli europei.

12 12 Atlante geochimico ambientale dei sedimenti fluviali della Basilicata Da diversi anni, in questo settore, sono attivi vari Progetti internazionali inseriti nel contesto europeo e mondiale. Nell ambito di uno di questi primi progetti, denominato FOREGS (Forum of European Geological Surveys), al quale partecipavano i Servizi Geologici Nazionali di 25 Paesi, un gruppo di ricercatori delle Università di Napoli Federico II, di Padova, di Siena e del Sannio, con a capo il Prof. Benedetto De Vivo, ha rappresentato l Italia e ha contribuito alla realizzazione dell'atlante geochimico ambientale dell Europa (Salminen et al. 1998; 2005; De Vos et al., 2006) e diversi altri lavori interpretativi (Lima et al., 2008, Fedele et al., 2008b). Un gruppo delle Università di Napoli Federico II, di Bologna, di Cagliari e del Sannio, coordinato sempre dal Prof. Benedetto De Vivo, dal 2007 ha proseguito le attività FOREGS nell ambito dell EuroGeoSurveys Geochemistry Expert Group che come GEMAS e URGE Project Teams. Anche se l'italia dal 2011 veniva rappresentata ufficialmente dall'ispra (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale), le attività per l'italia venivano effettuate dal Gruppo di Ricercatori Universitari coordinato dal Prof. De Vivo (su mandato ISPRA). A partire dal 2001 il Gruppo Coordinato dal Prof. De Vivo ha continuato a collaborare con l'eurogeosurveys Geochemistry Expert Group autonomamente. In tale contesto europeo sono stati realizzati: l Atlante europeo delle acque minerali (Fig. 1.1) (Reimann & Birke eds., 2010); un volume speciale di Journal of Geochemical Exploration (Birke et al., 2010) che raccoglie diverse pubblicazioni scientifiche sempre sulle acque minerali e da rubinetto (Cicchella et al., 2010a; Dinelli et al., 2010; 2012a; 2012b; Lima et al., 2010); l'atlante europeo dei suoli agricoli (Fig 1.2 e 1.3) (Reiman et al., 2014a; 2014b) più diverse pubblicazioni sui dati geochimici GEMAS sui suoli agricoli e da pascolo di 25 paesi europei (Reiman et al., 2008, 2009, 2011; Cicchella et al., 2013, 2014a, Albanese et al., 2015); l'atlante geochimico d'italia (Fig. 1.4) (De Vivo et al., 2008a; 2008b) compilato sulla base dei dati geochimici ottenuti per il progetto FOREGS, sui suoli superficiali e profondi, sui sedimenti fluviali, sui sedimenti alluvionali e sulle acque fluviali. In preparazione è invece l'atlante geochimico dei suoli agricoli e da pascolo dell'italia, con i dati ottenuti dal progetto GEMAS che sono già stati discussi nel lavoro di Cicchella et al., Gli studi condotti in questo ambito, dal gruppo di ricerca coordinato dal Prof. De Vivo, fanno della Campania la regione più studiata in Italia dal punto di vista geochimico-ambientale. Sono stati infatti già pubblicati: l'atlante geochimico dei sedimenti fluviali della Regione Campania e diversi lavori scientifici (Albanese 2007a; Cicchella et al., 2008a; De Vivo et al., 2003, 2006a, 2006b; Lima et al., 2003, 2005); l Atlante dei suoli dell' area urbana e della Provincia di Napoli e diversi lavori scientifici (De Vivo et al. 2006c; Cicchella, 2002; Cicchella et al., 2003; 2005; 2008b);

13 I. Introduzione 13 Figura 1.4. Carte geochimiche a scala nazionale della distribuzione delle concentrazioni di Th, Co, Ba, Pb, Zn e Sb nei suoli italiani. (De Vivo et al., 2008b). gli Atlanti delle aree urbane di Avellino, Benevento, Caserta, Isola d Ischia e Salerno e diversi lavori scientifici (De Vivo et al., 2006c; Lima et al., 2007; Albanese et al., 2007b; 2008b e 2011; Frattini et al., 2006a; 2006b; Fedele et al., 2008; Cicchella et al., 2008c; 2010b) l Atlante del S.I.N. (Sito di Interesse Nazionale) Litorale Domizio-Flegreo e Agro Aversano (Lima et al, 2012) e diversi lavori scientifici con studi isotopici sulle matrici ambientali (Bove et al., 2011; Grezzi et al., 2011). Ulteriori studi geochimici ambientali sono stati fatti in aree della Campania a maggiore impatto antropico. In particolare nel bacino del Fiume Sarno (Albanese et al., 2012; Cicchella et al., 2014b) sono stati condotti studi sulla biodisponibilità e sul trasferimento dei contaminanti dal suolo agricolo alle piante (Adamo et al., 2014). In aggiunta, per la valutazione del livello di contaminazione in relazione alla presenza degli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) e Policlorobifenili (PCB) sono stati eseguiti test di ecotossicità con l'utilizzo della Daphnia magna (Arienzo et al., 2015). Anche in altre aree della Piana Campana sono stati valutati i livelli di contaminazione, oltre che da metalli tossici, anche da composti

14 14 Atlante geochimico ambientale dei sedimenti fluviali della Basilicata organici come gli IPA e sono state eseguite analisi preliminari di rischio ambientale sanitario (Albanese et al., 2014). Attualmente, sono in corso studi sulla distribuzione dei rapporti isotopici del piombo, che vengono utilizzati come traccianti, per comprendere come avviene il trasferimento dei contaminanti dalle matrici ambientali (acqua, suoli, sedimenti, aria, colture) all uomo (De Vivo et al., in press). Fig. 1.5 Copertine di due degli Atlanti pubblicati dagli autori In tempi brevissimi saranno pubblicati: l Atlante dei suoli di tutta la Regione Campania, che ha comportato per la sua realizzazione il prelievo di circa 3600 campioni di suolo, per la determinazione delle concentrazioni di 53 elementi chimici inorganici, e del prelievo di 400 campioni sempre di suolo per la determinazione delle concentrazioni di Contaminanti Organici Persistenti (POP), quali IPA, PCB e Pesticidi; l atlante dei sedimenti marini del Golfo di Napoli e del Golfo di Salerno che oltre alle concentrazioni di 53 elementi chimici inorganici (Wang et al., 2015) presenteranno anche le concentrazioni di IPA e Pesticidi (Wang et al., in press) Linee guida per la qualità dei sedimenti Per i sedimenti fluviali non esiste una normativa di riferimento. In particolare il D.Lgs. 152/2006 indica le concentrazioni soglia di contaminazione (CSC) per suolo e sottosuolo riferita alla specifica destinazione d uso degli stessi, il D.M.367/03 riguarda valori standard di qualità dei sedimenti limitatamente agli ambienti di acque marino-costiere. Nel giugno 2009, in materia di inquinamento dei sedimenti fluviali, l Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) nella "Proposta per

15 I. Introduzione 15 la valutazione dello stato qualitativo dei sedimenti fluviali nel sito di interesse nazionale Fiumi Saline e Alento", ha introdotto per i contaminanti organici e per diversi elementi inorganici i livelli chimici di riferimento (LCR) (Tabella 1.1), definiti come concentrazioni di riferimento non sito specifiche per ogni singolo contaminante. Nel suddetto documento viene specificato che i soli LCR non possono considerarsi dei valori di riferimento per lo stato qualitativo di un corso d acqua che, dovrebbe essere sempre definito a scala sito specifica e con metodologie appropriate e con indagini tossicologiche. Per tale motivo viene sottolineato che i LCR non costituiscono necessariamente i livelli cui tendere in occasione di eventuali interventi di bonifica. Dal lontano 1997 l USEPA (Environmental Protection Agency degli Stati Uniti), in un suo documento (ES/ER/TM-95/R4) ribadisce che unitamente ai parametri di qualità delle acque anche quelli dei sedimenti (Sediment Quality Benchmark, SQB) siano di fatto necessari, in considerazione che: (1) generalmente i contaminanti tossici, presenti solo in tracce nell'acqua tendono ad accumularsi nei sedimenti e possono raggiungere livelli elevati; (2) per l'acqua i sedimenti fungono sia da serbatoio che da fonte di contaminanti; (3) i contaminanti nei sedimenti sono più stabili nel tempo mentre nell'acqua hanno una più alta variabilità e dinamicità anche in funzione della presenza di particelle in sospensione; (4) i sedimenti possono trasferire contaminanti anche ad organismi bentonici e ad altri organismi ad essi associati; (5) i sedimenti sono parte integrante dell'ambiente acquatico (Chapman, 1989). Anche a Hong Kong nel mese di dicembre 2011, alla Conferenza Internazionale sugli Standard di Qualità Ambientali per la Salvaguardia degli Ecosistemi Acquatici, è sorta la necessità di implementare linee guida per la valutazione della qualità dei sedimenti. Stabilire SQB in un contesto normativo, dal punto di vista scientifico è una grossa sfida da affrontare sia per il presente che per il futuro soprattutto per le grosse differenze che esistono nei vari ambienti acquatici (Kevin et al., 2013). La tabella 1.1 riporta i livelli chimici di riferimento (LCR) (ISPRA, 2009) e per confronto le Concentrazioni Soglia di Contaminazione (CSC) riportate dal D.Lgs. 152/2006 per i suoli per uso residenziale/verde pubblico (colonna A) e ad uso industriale (colonna B) e i valori standard di qualità dei sedimenti limitatamente agli ambienti di acque marino-costiere D.M.367/03.

16 16 Atlante geochimico ambientale dei sedimenti fluviali della Basilicata Tabella 1.1 Livelli chimici di riferimento (LCR) per i metalli. Col. A e Col. B (D.Lgs. 152/2006) CSC per i suoli per uso residenziale/verde pubblico e ad uso industriale. D.M.367/03 valori standard di qualità dei sedimenti limitatamente agli ambienti di acque marino-costiere (da ISPRA, 2009) Cartografia geochimica della Regione Basilicata Nel presente Atlante geochimico-ambientale vengono illustrati i risultati ottenuti dalle indagini eseguite sui sedimenti fluviali della Regione Basilicata dove è stata effettuata una campionatura ex novo sull intero territorio che ha una superficie di 9992 Km 2. Sono stati raccolti, con una densità nominale di circa 12 campioni per km 2, 801campioni di sedimenti fluviali, analizzati con una metodologia analitica che combina l'icp-ms (Spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente) e l'icp-es (Spettrometria ad emissione al plasma accoppiato induttivamente) per la determinazione delle concentrazioni di 39 elementi chimici. Alle campagne di campionamento hanno contribuito anche gli studenti del Corso di Laurea Magistrale in Geologia e Geologia Applicata, dell Università di Napoli Federico II, nell ambito delle loro attività di Tesi di Laurea. La notevole mole di dati analitici é stata organizzata in un database, unitamente a tutte le altre informazioni raccolte sia sul campo che attraverso un'attenta ricerca bibliografica. Attraverso elaborazioni computerizzate con l'utilizzo di software specifici, si è realizzata la produzione delle carte geochimico-ambientali che compongono il presente atlante. Queste ultime rappresentano una fotografia dell attuale distribuzione delle concentrazioni degli elementi chimici analizzati nei campioni di sedimenti fluviali e potranno essere utilizzate in futuro come riferimento per la valutazione dell impatto ambientale nell ambito del territorio indagato. E bene ricordare che spesso i valori di fondo naturali (background), dei vari elementi chimici analizzati nei sedimenti fluviali campionati, rappresentano le concentrazioni attuali, definite baseline, che riflettono un contributo antropico più o meno significativo a seconda del grado di urbanizzazione dell area di riferimento (Salminen e Gregorauskiene, 2000). Nello specifico, questo Atlante raccoglie:

17 I. Introduzione 17 Le carte geochimiche (puntuali e interpolate) delle concentrazioni dei 39 elementi chimici analizzati nei sedimenti fluviali: Ag, Al, As, Au, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Hg, K, La, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, Te, Th, Ti, Tl, U, V, W, Zn Le carte geochimiche dei valori background degli stessi 39 elementi Le carte geochimiche (puntuali e interpolate) dei factor scores delle 4 associazioni fattoriali, scaturite dall analisi fattoriale in R-mode.