Caratterizzazione chimica e microstrutturale di minerali fibrosi ad alto impatto per l'inquinamento ambientale

Now-a day, it is well known in the scientific community that the exposure to asbestos may lead to the development of health issues. The term asbestos refers to six silicate minerals (chrysotile, tremolite, actinolite, amosite, crocidolite, anthophyllite) that have been widely exploited worldwide to produce Asbestos-Containing Materials (ACMs). To date, according to the Italian law (L. 257/92), the extraction, the use and marketing of asbestos in Italy is currently banned but the human health is still endangered due to the exposure to the natural occurrence of asbestos (NOA). The term NOA refers to asbestos present in geological deposits (i.e., rocks and soils) that, due to human activities (e.g., road construction, excavation) or weathering processes (e.g., erosion), may be disturbed and release asbestos fibres into the environment thus representing a source of fibres dispersion. The risk to human health consists of the potential inhalation of respirable asbestos fibres (length > 5µm, width < 3 µm and aspect ratio ≥ 3; WHO, 1986) which may penetrate the lungs thus causing cancer pathologies (IARC, 2009). In addition to the morphometric features (e.g., morphology, size, surface area, density) of the fibres, another aspect that should not be underestimated is represented by the geochemical composition of the fibres. In fact, asbestos fibres are capable to host potentially toxic elements (PTEs) in their structure that, once inhaled, can be released into the lungs due to the dissolution processes and they may induce lung cancer (Schereier et al., 1987; Wei et al., 2014). Therefore, the present work of thesis is focused on the mineralogical and geochemical characterization of serpentinite rocks and derivative soils occurring in Southern Apennines (Calabria and Basilicata region) as well as on chemical characterization of three asbestos fibres types (chrysotile, tremolite, actinolite) extracted from serpentinites samples. The main goals of the present study were the definition of i) asbestos minerals occurrence in the study area, ii) the morphometric parameters (e.g., morphology, size) of the fibres to identify the respirable ones, potentially dangerous to human health, iii) the concentration of potentially toxic elements (PTEs) firstly in asbestos-containing rocks and soils, and secondly in isolated fibres. Results showed the presence of chrysotile, tremolite asbestos and actinolite asbestos in serpentinite rocks and derivative soils, in addition to asbestiform varieties such as polygonal serpentine and fibrous antigorite, with dimensions matching with those of regulated asbestos (length > 5µm, width < 3 µm and aspect ratio ≥ 3; WHO, 1986). The geochemical characterization of serpentinite and derivative soils showed concentration of Cr, V, Co, and Ni exceeding the maximum admissible contents established by the Italian law (Italian Legislative Decree No. 152/2006) for public, private, and residential green use (Co, V) as for industrial and commercial use (Cr, Ni). Similarly, the chemical investigation of individual asbestos fibres revealed high amounts of potentially toxic elements (Cr, Ni, Co, Cu, Zn, V, As, Ti; PTEs) in the fibre structure that may be released into the body once the fibre is inhaled. Therefore, what comes out from the present work of thesis, is that population living within serpentinite rich geological context could be exposed to health risks due to the presence of asbestos mineral species as well as that of high concentrations of potentially toxic elements in rocks and soils and individual fibres. In this context, local maps indicating areas with environmental concern should be published by the institutions thus avoiding hazardous exposures.

Al giorno d’oggi, è ampiamente dimostrato dalla comunità scientifica che l’esposizione ambientale all’asbesto provoca l’insorgenza di problemi di salute. Con il termine asbesto si intende una categoria di sei minerali silicatici (crisotilo, tremolite, actinolite, amosite, crocidolite, antofillite), ampiamente utilizzati nel passato per la produzione di materiali contenenti asbesto. In Italia, la normativa vigente (L. 257/92) vieta l’estrazione, l’uso e la commercializzazione dell’asbesto e di tutti i materiali contenenti asbesto. Tuttavia, la salute dell’Uomo è ancora a rischio a causa dell’esposizione ambientale agli affioramenti naturali di asbesto (NOA). Con il termine NOA si intendono i minerali dell’asbesto presenti in depositi geologici naturali (rocce e suoli) che a causa dell’attività antropica (p.es. costruzione di strade) o per processi naturali (p.es. erosione) possono essere disturbati e rilasciare fibre di asbesto nell’ambiente. Il rischio per la salute è rappresentato dalla potenziale inalazione di fibre respirabili (L > 5µm, D< 3 µm, L/D≥ 3; WHO, 1986) che riescono a penetrare nei polmoni e causare diverse patologie (IARC, 2009). Oltre le caratteristiche morfometriche delle fibre (morfologia, dimensioni, area di superfice, densità) un altro importante fattore che influenza il potenziale tossico delle stesse è rappresentato dalla loro composizione geochimica. Le fibre di asbesto hanno la capacità di ospitare elementi potenzialmente tossici (PTEs) nella loro struttura che possono essere liberati all’interno dei polmoni per via dei processi di dissoluzione cui è soggetta la fibra una volta inalata, e causare l’insorgenza di tumori (Schereier et al., 2987; Wei et al., 2014). Pertanto, il presente lavoro di tesi è basato sulla caratterizzazione mineralogica e geochimica di rocce serpentinitiche e dei suoli da esse derivati, affioranti nell’Appennino meridionale (Calabria e Basilicata) così come sulla caratterizzazione chimica di tre fibre di asbesto (crisotilo, tremolite e actinolite) estratte dai campioni di serpentinite. Il principale scopo dello studio è stato quello di definire: i) la presenza di minerali dell’asbesto nell’area di studio, ii) i parametri morfometrici (morfologia, dimensioni) delle fibre in modo da identificare quelle respirabili e quindi potenzialmente dannose per l’Uomo, iii) la concentrazione degli elementi potenzialmente tossici (PTEs) inizialmente sulle rocce e i suoli contenenti asbesto, e successivamente in fibre isolate. I risultati hanno mostrato la presenza del crisotilo, della tremolite e dell’actinolite sia nelle rocce che nei suoli studiati, oltre quella di alcune specie asbestiformi quali il serpentino poligonale e l’antigorite fibrosa. Le dimensioni delle fibre rinvenute rientrano tra quelle delle fibre regolamentate e quindi definibili come respirabili (WHO, 1986). Dalla caratterizzazione geochimica dei campioni, emerge che sia le serpentiniti che i suoli contengono elementi potenzialmente tossici quali il Cr, V, Co e Ni con concentrazioni che eccedono le soglie limite di concentrazione definite dalla legge italiana (D.lgs 152/2006) per i siti ad uso Verde pubblico, privato e residenziale (Co, V) e per i siti ad uso commerciale e industriale (Cr, Ni). Analogamente, la caratterizzazione chimica delle fibre isolate di asbesto ha mostrato alti livelli di concentrazione di elementi potenzialmente tossici (Cr, Ni, Co, Cu, Zn, V, As, Ti; PTEs) nella loro struttura che possono essere rilasciati all’interno dell’organismo una volta che le fibre vengono inalate. Pertanto, quello che si evince dai risultati ottenuti dal presente lavoro di tesi è che il rischio per la salute cui sono esposte le popolazioni che vivono in aree in cui affiorano le rocce serpentinitiche è rappresentato sia dalla presenza di minerali dell’asbesto che dalla presenza di elementi potenzialmente tossici. In questo scenario, emerge quanto la mappatura del territorio sia un elemento di estrema importanza al fine di ridurre il rischio dell’esposizione ambientale agli affioramenti naturali di asbesto.