PETROGRAFIA APPLICATA Polveri minerali L'amianto e i minerali fibrosi

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1 PETROGRAFIA APPLICATA 2017 Polveri minerali L'amianto e i minerali fibrosi

2 (2) Polveri, amianto e minerali fibrosi ESEMPI DI TESTI SU POLVERI MINERALI E AMIANTO

3 (3) Polveri, amianto e minerali fibrosi EFFETTI SULLA SALUTE DELLE POLVERI MINERALI I solidi naturali sono, con poche eccezioni, minerali cioè sostanze dotate di struttura cristallina. I minerali sono inoltre la materia prima di moltissimi processi produttivi. Conseguenza di questo è che noi siamo esposti sempre a quantità più o meno grandi di polveri minerali (e anche di altra origine!). E' da tempo noto che alcuni minerali possono causare malattie polmonari (pneumoconiosi, cancro) per inalazione di polveri. La correlazione tra specie minerali e tossicità non è sempre del tutto chiara. Origine delle polveri L'atmosfera terrestre (nella sua parte inferiore = troposfera), contiene in sospensione (talvolta in quantità rilevante) polveri di origine sia naturale che prodotte dalla attività umana. Le sorgenti principali delle polveri naturali sono le seguenti: Frammenti di minerali primari: Processi fisici di frammentazione attivi principalmente in climi freddi e regioni aride. Minerali secondari (derivanti dalla alterazione dei primari) Ceneri e polveri vulcaniche Sale da aerosol marini Polveri extraterrestri Materiali biologici (pollini ecc.)

4 (4) Polveri, amianto e minerali fibrosi Stime del carico di particelle in sospensione in aria continentale non direttamente influenzata da aree urbane sono le seguenti: intervallo granulometrico numero particelle / m mm 10 5 (~100 particelle/l) mm 20*10 6 (~20'000 particelle/l) mm 300*10 6 (~300'000 particelle/l) Totale aerosol naturale Totale da attività umana 2000*10 6 ton/anno 300*10 6 ton/anno L attività umana aumenta sensibilmente il carico di polveri immesso localmente nell atmosfera

5 (5) Polveri, amianto e minerali fibrosi

6 (6) Polveri, amianto e minerali fibrosi Tempesta di polvere in clima arido. Le tempeste di polvere più potenti si hanno in Asia, nelle zone montane del Pakistan o nelle grandi pianure cinesi ove sono abbondanti sedimenti fini tipo loess. Con una certa frequenza Pechino viene investita da tempeste di polvere che provocano notevoli problemi ambientali (uniti al forte inquinamento).

9 (9) Polveri, amianto e minerali fibrosi Tempesta di polvere di origine sahariana verso l'oceano Atlantico (sx) e l'europa (dx). In sé il trasporto di polveri non è dannoso in quanto consente di trasportare elementi che hanno una importante funzione fertilizzante per le acque oceaniche lontane dalle coste (primo fra tutti il ferro). I sedimenti di fondo oceanico sono influenzati dal trasporto di polveri a lunga distanza)

10 (10) Polveri, amianto e minerali fibrosi Minerali potenzialmente / sicuramente pericolosi per la salute umana Il gruppo di minerali sicuramente fonte di (gravi) problemi sanitari viene indicato genericamente con il termine amianto, (asbesto, minerali asbestiformi). Altri minerali fibrosi e sicuramente pericolosi sono zeoliti fibrose (erionite); Esistono molti minerali con abito fibroso ma in generale non sono ritenuti pericolosi. Ricordiamo ad esempio questi particolari minerali argillosi, sepiolite e paligorskite; non sono ritenuti pericolosi. Tra i minerali non fibrosi sono fonte di problemi sanitari i minerali del gruppo della silice (fondamentalmente quarzo).

12 (12) Polveri, amianto e minerali fibrosi Amianto: caratteristiche mineralogiche, fisiche, chimiche Con il termine amianto (asbesto) si intende non un particolare minerale ma un gruppo di minerali caratterizzati da un abito cristallino particolarmente fibroso. Questi minerali possono formare, in condizioni favorevoli, fibre molto lunghe e flessibili, resistenti al fuoco e agli attacchi chimici. Per le loro proprietà gli amianti hanno trovato moltissime applicazioni e quindi sono stati dispersi abbondantemente nell ambiente. I minerali costituenti l amianto sono i seguenti:

13 (13) Polveri, amianto e minerali fibrosi Amianto di serpentino crisotilo Amianto di anfibolo crocidolite amosite antofillite tremolite (altre varietà di anfibolo sono possibili) Di questi ultimi i più importanti sono crocidolite e amosite Comune a questi minerali è la genesi metamorfica e la giacitura in vene.

14 (14) Polveri, amianto e minerali fibrosi Amianto di serpentino Con il nome serpentino si intende un fillosilicato TO tri-ottaedrico di formula: Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 (limitate sostituzioni Mg/Fe e Si/Al) Ricordiamo che il serpentino ha 3 polimorfi (crisotilo, lizardite, antigorite); il crisotilo è il polimorfo che si arrotola caratteristicamente dando origine a fibre lunghe (anche > 1m) e flessibili. La genesi è metamorfica e costituisce le serpentiniti (rocce derivanti dalla serpentinizzazione di peridotiti). I giacimenti più importanti sono in Canada, Russia, Sudafrica, Serbia, US ecc. Ricordiamo in Italia la miniera di Balangero (TO) che fu una delle principali in Europa e forse al mondo. Dal 1990 è stata chiusa e bonificata (speriamo in maniera durevole).

15 (15) Polveri, amianto e minerali fibrosi Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 Struttura del serpentino vista in proiezione e dal lato dello strato tetraedrico (T) Immagine al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) di fibre arrotolate di crisotilo. In basso campione di amianto

16 (16) Polveri, amianto e minerali fibrosi Immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) di fibre di crisotilo e spettro EDX (Energy Dispersive X-ray spectrometer) Il crisotilo è un Mg-silicato con limitato contenuto di Fe e Al. Genesi per metamorfismo di basso grado / crosta oceanica a partire da peridotiti. Minerale genitore, olivina.

17 (17) Polveri, amianto e minerali fibrosi Crisotilo, lizardite, antigorite, amesite sono minerali metamorfici. La garnierite è una varietà ricca in Ni tipica di ambienti di alterazione spinta in condizioni tropicali (giacimenti residuali, "lateriti"). Rappresenta una fonte importante di Nickel. Berthierite, greenalite sono Fe-silicati di genesi sedimentaria.

18 Intensity (arb. units) (18) Polveri, amianto e minerali fibrosi Spettro XRD di vena a prevalente serpentino N. 2_theta d Int Q( )

19 (19) Polveri, amianto e minerali fibrosi XPowder Max. counts: 1712 Data file: GPS495.PLV Kalpha1..: Kalpha2..: Kalpha...: Ka2/Ka1..: Diffractogram : GPS495 13:11:30 08/09/2015 N 2-theta d-spacing Counts InT/

20 (20) Polveri, amianto e minerali fibrosi Esempi di schede XRD per i polimorfi del serpentino crisotilo e lizardite. Notare come la lizardite abbia alcuni politipi

21 (21) Polveri, amianto e minerali fibrosi Amianto di anfibolo Le varietà fibrose più comuni di anfibolo sono le seguenti: riebeckite (crocidolite) Na 2 Fe 3+ 2(Fe 2+,Mg) 3 [Si 8 O 22 ](OH) 2 grunerite (amosite) (Fe 2+,Mg) 7 [Si 8 O 22 ](OH) 2 antofillite (Fe 2+,Mg) 7 [Si 8 O 22 ](OH) 2 tremolite Ca 2 (Mg,Fe 2+ ) 5 [Si 8 O 22 ](OH) 2 actinolite Ca 2 (Fe 2+,Mg) 5 [Si 8 O 22 ](OH) 2 Fluoro-edenite* NaCa 2 Mg 5 (Si 7 Al)O 22 F 2 (notare come quasi tutti questi anfiboli contengano Fe 2+ come componente importante). crocidolite: amianto blu amosite: da Amosa - Asbestos Mines of South Africa; termine commerciale. La genesi di questi anfiboli è (quasi) sempre metamorfica. Ricordiamo che gli anfiboli sono un importante gruppo di minerali costituenti le rocce magmatiche e metamorfiche. * Zona di Biancavilla (Catania, zona Etnea). Questo anfibolo è responsabile di una anomala presenza di mesotelioma nella popolazione.

23 (23) Polveri, amianto e minerali fibrosi Anfiboli: inosilicati a catena doppia Y 7 Z 8 O 22 (OH) 2 (serie rombica; meno diffusi) W 0-1 X 2 Y 5 Z 8 O 22 (OH) 2 (serie monoclina, i più diffusi) A 0-1 B 2 C 5 T 8 O 22 (OH) 2 W (A) = Na, K Y (C) = Mg, Fe 2+ (serie rombica) X (B) = Ca, Na (serie monoclina) Y (C) = Mg, Fe 2+, Fe 3+, Al, Ti (serie monoclina) Z (T) = Si, Al

24 (24) Polveri, amianto e minerali fibrosi Struttura degli anfiboli La struttura è costituita da catene doppie Z 4 O 11 che, impilandosi, definiscono moduli (I-beam, in grigio) con un numero elevato di siti (M1, M2, M3, M4, A). Si determina una elevata complessità strutturale e variabilità composizionale.

26 (26) Polveri, amianto e minerali fibrosi Erionite Questa zeolite* fibrosa, è fonte di seri problemi sanitari in Turchia (Cappadocia) in una zona in cui sono diffusi tufi zeolitizzati con erionite. L esposizione naturale a queste fibre induce mesotelioma nella popolazione. Genesi da trasformazione di rocce piroclastiche alcaline (tufi) (K 2,Ca,Na 2 ) 2 Al 4 Si 14 O 36 15H 2 O * Vi ricordo che le zeoliti sono tettosilicati con strutture molto "aperte", basso peso specifico, contengono H 2 O molecolare e i cationi (Ca, Na, K) sono scambiabili.

28 (28) Polveri, amianto e minerali fibrosi Patologie associate all esposizione all amianto L'apparato respiratorio (vedi le slide con immagini) è complesso e soggetto ad interazioni continue con l'ambiente. L'inalazione di polveri è particolarmente dannosa. Asbestosi: fibrosi causata dall esposizione prolungata a tutti i tipi di asbesto. Riduzione della capacità polmonare. Si ha infiammazione cronica a livello degli alveoli polmonari. Nessuna terapia efficace. Cancro polmonare: l esposizione prolungata alle fibre di amianto è un notevole fattore di rischio per lo sviluppo di tumore polmonare dello stesso tipo di quello indotto dal fumo. Se il paziente è contemporaneamente esposto ad amianto e fuma il rischio è elevatissimo. Lesioni pleurali: la pleura è un sacco che delimita la cavità pleurica che contiene i polmoni. Fibre di amianto possono migrare nella pleura e causare infiammazioni. In condizioni particolarmente sfavorevoli si ha il mesotelioma che è un raro tumore con un lungo periodo di latenza (anche qualche decina di anni) associato all esposizione da asbesto.

30 Questa immagine, tratta dalla copertina del volume "Health effects of mineral dusts" mostra un campione di tessuto polmonare con fibre di amianto rivestite da materiale ricco in ferro che si ritiene essere derivato da proteine quali la ferritina e l'emosiderina. Gli aggregati ricchi in ferro hanno dimensioni comprese fra 5-30 mm.

31 (31) Polveri, amianto e minerali fibrosi malattie legate all esposizione a silice Silicosi: malattia legata alla inalazione di polveri ricche in silice (essenzialmente particelle di quarzo ma anche tridimite-cristobalite). E' la classica malattia professionale dei minarori / cavatori. L effetto delle polveri ricche in silice è di causare infiammazioni polmonari con produzione di collagene che è un componente fondamentale del tessuto fibroso. Questo determina la progressiva perdita di efficienza dei polmoni. Cancro: la silice è ritenuta essere un agente potenzialmente cancerogeno ma la sua pericolosità non è ancora del tutto chiarita. Negli ultimi anni la pericolosità della silice è stata ridimensionata. Nota importante: queste elementari informazioni di tipo sanitario sono assolutamente generiche; per approfondimenti vedi la letteratura.

32 (32) Polveri, amianto e minerali fibrosi Meccanismi di azione delle fibre e polveri minerali Azioni fisiche: legate alla natura fibrosa del materiale. Una fibra di amianto, una volta inalata, ha una elevata probabilità di restare all'interno dei polmoni e piantarsi nelle pareti degli alveoli. Le fibre divengono fonte di infiammazioni. Azioni chimiche: legate alle proprietà di superficie. La patogenicità di certi tipi di minerali è probabilmente legata alla combinazione di questi fattori. In particolare sarebbero le superfici dei minerali a provocare danni a livello cromosomico direttamente o tramite produzione di specie attive dell ossigeno (OH -, O 2-, H 2 O 2 ); "radicali liberi". Campionamento e analisi delle fibre minerali Esistono apposite normative che specificano le condizioni ambientali ritenute sicure e le procedure per la campionatura e lo studio dell'amianto.

33 (33) Polveri, amianto e minerali fibrosi Manufatti sospetti di contenere amianto vengono analizzati presso laboratori certificati che utilizzano principalmente la diffrazione dei raggi-x ed eventualmente la integrano con SEM e microscopia ottica. Le normative ambientali prescrivono anche di accertare (o meglio escludere) la presenza di fibre libere di amianto nell'aria. In questo caso per il campionamento si usano appositi filtri e pompe. Le particelle campionate vengono in seguito identificate e conteggiate con metodi ottici o di microscopia elettronica (SEM, TEM) o tramite XRD. Tutte queste procedure sono normate. La bonifica dell'amianto è un problema non indifferente (costi, smaltimento ecc. Soprattutto lo smaltimento richiede depositi sicuri e questo crea sempre forti resistenza nelle zone in cui si localizzano le discariche.

34 (34) Polveri, amianto e minerali fibrosi Fibre artificiali lana di vetro, lana di roccia Come isolanti vengono prodotte fibre artificiali quali "lana di vetro", "lana di roccia". Si tratta di fibre artificiali potenzialmente pericolose. Le specifiche di impiego e eventuale pericolosità devono essere fornite dal produttore.