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Meccanismi e percorsi della biometilazione di arsenico, antimonio e mercurio nel suolo

Un’iniziativa finanziata dall’UE ha fornito una migliore comprensione del ciclo biogeochimico di arsenico (As), antimonio (Sb) e mercurio (Hg) sviluppando nuove tecniche per studiare i processi di biometilazione e biovolatilizzazione nell’ambiente.
Meccanismi e percorsi della biometilazione di arsenico, antimonio e mercurio nel suolo
L’arsenico (As) è molto diffuso nell’ambiente e può essere trovato nei terreni sia nella sua forma inorganica che in quella organica. Le forme organiche che si trovano nei terreni sono principalmente l’acido monometilarsonico (MMA(V)) e l’acido dimetilarsinico (DMAV(V)). Tuttavia, il processo noto come biometilazione che porta a questi composti non è del tutto chiaro.

I microrganismi nel suolo trasformano l’arsenico inorganico in composti metilati ossidati meno tossici, principalmente MMA(V) e DMA(V). Tuttavia, essi producono anche dei composti metilati ridotti MMA(III) e DMA(III), che sono persino più tossici dell’arsenico inorganico. La biometilazione è collegata a un altro meccanismo chiamato biovolatilizzazione, che porta alla produzione di quattro composti dell’arsenico altamente volatili (arsina, mono, di- e trimetilarsina).

Il progetto BIOMETA (Biomethylation and biovolatilisation of arsenic in soils: Using carbon and hydrogen isotopes to unravel the mechanisms and pathways involved) è stato creato inizialmente per studiare la biometilazione e la biovolatilizzazione dell’arsenico.Innanzitutto, i ricercatori hanno scoperto che i licheni rappresentano una fonte importante di As nell’atmosfera. Inoltre, il tasso al quale essi emettono arsenico volatile si potrebbe rivelare utile nel mostrare i percorsi di biometilazione in esperimenti di incubazione.

Inoltre, è stata effettuata una serie di esperimenti sulla biometilazione e la biovolatilizzazione di Sb (un elemento affine all’arsenico) e di Hg, un altro inquinante molto importante. Utilizzando la cromatografia liquida ad alte prestazioni combinata con la spettrometria di massa a plasma accoppiato induttivamente (HPLC-ICP-MS) sono state sviluppate delle nuove tecniche efficienti in termini di costi e facili da usare per misurare le specie metilate e volatili di Sb e Hg.

I ricercatori hanno anche sviluppato un nuovo metodo per misurare le specie volatili di Sb a livello di tracce usando trappole liquide e una nuova tecnica quantitativa di estrazione che utilizza l’acido ossalico per misurare le specie metilate di Sb nei terreni e negli organismi. I metodi di estrazione e analisi sono stati combinati per mostrare che il trimetilantimonio (fino a 1,8 ppm) può essere trovato nei poligoni di tiro. I ricercatori hanno inoltre scoperto che quando il suolo del poligono di tiro viene inondato, fino al 10 % dell’antimonio nell’acqua interstiziale è trimetilantimonio.

Inoltre, gli esperimenti su piante a coltivazione idroponica hanno mostrato che le piante che crescono nei poligoni di tiro, come ad esempio il loglio perenne, potrebbero assorbire il trimetilantimonio e traslocarlo nei germogli. Questi ultimi potrebbero essere mangiati dal bestiame visto che i poligoni di tiro sono ancora usati come pascoli.

Inoltre è stata sviluppata una nuova tecnica per estrarre il metilmercurio (MeHg) dal suolo e dal biota usando acido cloridrico seguito dall’estrazione con diclorometano e L-cisteina. L’estratto è stato poi misurato usando HPLC-ICP-MS. Gli scienziati hanno usato questa tecnica per studiare la presenza di MeHg in una piana alluvionale contaminata in Svizzera. Inoltre, essi hanno effettuato un esperimento di incubazione del suolo per mostrare l’impatto delle inondazioni e dell’aggiunta di materia organica sui livelli di Hg.

Il lavoro di BIOMETA permetterà una migliore gestione e bonifica dei siti inquinati attraverso una migliore comprensione del comportamento di questi elementi tossici. Esso può inoltre aiutare i responsabili delle politiche a creare nuove leggi in base a specifici composti.

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Keywords

Arsenico, suolo, antimonio, mercurio, biometilazione, biovolatilizzazione, BIOMETA