Cosa sono le microplastiche?Quali i rischi?

Le particelle di microplastica sono onnipresenti nell'ambiente, dall'aria che respiriamo al cibo che mangiamo. La questione chiave rispetto a queste particelle è in che misura esse causino rischi per l'ambiente e la salute umana. 

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Argomenti trattati

La proliferazione della plastica e l’impatto ambientale

La plastica nei nostri mari: un problema drammatico

Valutazione del rischio di particelle microplastiche

   Introduzione

   Cosa sono le microplastiche

   La multidimensionalità della microplastica

   Composizione del polimero

   Longevità delle microplastiche

   Microplastiche e particelle naturali a confronto

   Interazioni della microplastica con il biota

   Rischi da prodotti chimici

Percorsi verso la plastica circolare in Europa



Introduzione

La plastica non gestita finisce nell'ambiente, dove l’impatto ambientale è enorme.

Negli ultimi 70 anni, la plastica si è infiltrata nel mercato e ha permeato apparentemente ogni angolo della Terra. 

La plastica può fornire importanti vantaggi, dai dispositivi medici salvavita alla conservazione degli alimenti sicura e di lunga durata. Tuttavia, la plastica sta inquinando il nostro pianeta a ritmi allarmanti. Decenni di crescita economica e una crescente dipendenza dai prodotti di plastica usa e getta hanno portato a un torrente di rifiuti non gestiti che si riversa in laghi, fiumi, ambienti costieri e infine in mare, innescando un'ondata di problemi.

La plastica è una minaccia crescente in tutti gli ecosistemi, dalla sorgente al mare. Pur disponendo del know-how, abbiamo bisogno della volontà politica e di un'azione urgente da parte dei governi per affrontare la crescente crisi. 

Cosa sono le microplastiche

L’inquinamento da plastica è visibile ad occhio nudo ed è facilmente collegabile alla nostra vita quotidiana. Una frazione di questi detriti di plastica è chiamata microplastica, definita arbitrariamente come particelle inferiori a 5 mm. Le particelle di plastica più piccole (da 0,1 μm a 1 μm) sono spesso indicate come nanoplastiche, sebbene alcuni rapporti recenti stabiliscano il limite inferiore per le microplastiche a 1 nm.

Le microplastiche sono chiamate "primarie" quando sono state prodotte intenzionalmente su microscala. Sono utilizzati in prodotti di consumo come i prodotti per la cura personale e negli scrubber industriali e sono per lo più di forma sferica (sfere). Le microplastiche secondarie sono prodotte dall'erosione di oggetti di plastica più grandi, come pellicole di plastica, reti da pesca o articoli per la casa e molto spesso si presentano in forme irregolari. Anche i frammenti di fibre tessili sono per lo più considerati microplastiche secondarie.

Nell'ambiente, queste due classi alla fine diventano praticamente indistinguibili a causa della piccola percentuale di microplastica primaria e gli effetti dell'erosione e dell'invecchiamento. 

La stragrande maggioranza delle microplastiche proviene dalla scomposizione di rifiuti di plastica più grandi. La diversità delle fonti si riflette nell'eterogeneità delle proprietà delle microplastiche (forma, dimensione, densità e tipo di polimero), delle caratteristiche di trasporto  e degli effetti biologici in vivo e in vitro — e quindi anche nei suoi rischi. La presenza di contaminanti nella microplastica si aggiunge a questa diversità. Insieme a un'elevata probabilità di essere ingerita e assorbita da una vasta gamma di specie, questa diversità in molteplici dimensioni ha contribuito alla preoccupazione che le microplastiche possano costituire un rischio per l'uomo e l'ambiente.

La multidimensionalità della microplastica

Gli scienziati hanno coniato il termine "microplastica rilevante dal punto di vista ambientale" per riferirsi alle particelle di plastica presenti in natura. Questi differiscono sostanzialmente dalle particelle di plastica vergine 'da scaffale' che vengono utilizzate in molti esperimenti di laboratorio. La differenza tra laboratorio e natura deve essere affrontata per comprendere i rischi della microplastica per l'uomo e l'ambiente. 

Le particelle di microplastica sono complesse e diverse. Le loro dimensioni, forma e densità variano lungo scale continue. Inoltre, le microplastiche sono costituite da miscele di polimeri e additivi chimici in vari stati di invecchiamento. Quando le microplastiche sono esposte nell'ambiente naturale, l'assorbimento di contaminanti chimici e la formazione di biofilm aumentano ulteriormente la loro complessità.

Gli scienziati spesso descrivono la microplastica ambientale come un materiale vario e complesso, data la sua origine di ampia varietà di materiali e prodotti, defininendolo semplicemente come "tutte le particelle di plastica inferiori a 5 mm". Ad esempio, gli eteri di difenile polibromurato (PBDE), gli ftalati, i nonilfenoli (NP), il bisfenolo A (BPA) e gli antiossidanti, tutti additivi comuni nei prodotti in plastica, si desorbono lentamente nell'ambiente quando gli oggetti in plastica invecchiano e si frammentano. Allo stesso tempo, le particelle microplastiche sono campionatori passivi, il che significa che qualsiasi contaminante può essere assorbito dalla microplastica fino al raggiungimento dell'equilibrio chimico. 

Composizione del polimero

La composizione dei polimeri microplastici e quindi la densità delle particelle sono una funzione dei polimeri utilizzati nei prodotti, di quanti di questi polimeri vengono dispersi nell'ambiente e dell'alterazione dei polimeri durante l'invecchiamento. L'alterazione ambientale comporta processi come la fotoossidazione, l'infragilimento, la propagazione di cricche, l'abrasione, l'erosione, la biodegradazione, il biofouling (ossia l'accumulo di microrganismi , piante , alghe o piccoli animali sulla superficie della plastica) e l'aggregazione. Questi processi influenzano le proprietà polimeriche.

I polimeri più abbondanti nella microplastica sono il polietilene (PE), il polietilene tereftalato (PET), la poliammide (PA), il polipropilene (PP), il polistirene (PS), l'alcool polivinilico (PVA) e il cloruro di polivinile (PVC) . Tuttavia, nell'ambiente, ciascuno di questi polimeri discreti avrà un comportamento differente.

Longevità delle microplastiche

La plastica è progettata per durare nel tempo e quindi la persistenza e la longevità della plastica ambientale sono molto elevate. 

Poiché i tempi di degradazione di alcuni polimeri sono molto più lunghi di quanto può essere simulato in esperimenti di laboratorio o sul campo, le stime della durata devono basarsi su estrapolazioni con notevoli incertezze. I dati di persistenza estrapolati sono stati utilizzati per stimare le emivite (ossia il tempo necessario a ridurre a metà la concentrazione) o l’attività iniziale di una sostanza che vanno da 58 anni per le bottiglie a 1.200 anni per i tubi. 

In condizioni di laboratorio, una particella di 1 mm di diametro richiederebbe circa 320 anni per raggiungere un diametro nanometrico di 100 nm, sulla base del restringimento delle particelle dovuto alla fotoossidazione e alla biodegradazione sulla superficie del polimero. Nell'ambiente, tuttavia, si può presumere che il degrado proceda molto più lentamente a causa della limitata disponibilità di ossigeno, luce e batteri. 

Nel 2015 è stato calcolato che circa il 50% della plastica negli oceani era presente da più di 13 anni, mentre l'80% e il 90% della plastica aveva rispettivamente più di 4 e 2 anni. Dati questi tempi di dimezzamento e scale temporali da 100 a 1.000 anni, una frazione importante della plastica ambientale odierna è quindi ancora nella fase iniziale di degrado

Microplastiche e particelle naturali a confronto

Le particelle naturali sono onnipresenti nel nostro ambiente di vita. I loro numeri, composizioni e caratteristiche sono molto diversi e superano quelli delle particelle microplastiche. Le differenze tra le particelle naturali riguardano la loro chimica, reattività, densità fisica, geometria, dimensioni, persistenza e abbondanza. 

Se le particelle di origine naturale e plastica hanno comunque caratteristiche simili, ci si devono aspettare anche processi di trasporto e destino comparabili, e quindi effetti tossicologici. Qui esaminiamo le caratteristiche della microplastica dal punto di vista di diverse categorie principali di particelle naturali e confrontiamo le loro caratteristiche principali.

Minerali inerti

Le particelle minerali presenti nei sedimenti, nel suolo, nei solidi sospesi o nella polvere del deserto sono sabbia, limo, silice e argilla, in ordine di dimensione decrescente. Provengono dall'erosione chimica prolungata delle rocce contenenti silicati o localmente dall'attività idrotermale. Questi minerali hanno un intervallo di dimensioni da circa 60 nm a 2 mm.

Materia organica

Le particelle di materia organica non vivente nei sedimenti, nel suolo e nei sistemi acquatici includono alghe in decomposizione, detriti e fibre naturali. Il detrito è composto da composti organici originati dai resti di organismi come animali e piante e dai loro prodotti di scarto. Le particelle di detriti hanno un intervallo di dimensioni da circa 200 nm a 2,5 mm

Carbonio nero

Il black carbon è il termine collettivo per una gamma di sostanze carboniose, che comprende residui vegetali parzialmente carbonizzati fino a fuliggine altamente grafitizzata, prodotta dalla combustione incompleta di biomassa e combustibili fossili in assenza di ossigeno. Il nerofumo è di origine mista naturale (incendi naturali, vulcanismo) e antropica (industria, traffico, incendi domestici). Le particelle hanno un intervallo di dimensioni da circa 1 nm a 200 μm

Le suddette particelle naturali esistono in natura sotto forma di miscele e aggregati. Sono particelle composite a cui spesso ci riferiamo con nomi funzionali come aerosol, polveri, sedimenti, suoli, particolato, solidi sospesi o solidi in sedimentazione. 

Le particelle microplastiche possono essere trasportate nell'aria e nell'acqua, sono soggette a miscelazione verticale a causa delle loro piccole dimensioni e possono depositarsi in modo simile a quello di questi solidi naturali

I modelli che simulano il trasporto di tali particelle naturali possono costituire la base dei modelli di trasporto per la microplastica 

La longevità delle microplastiche nell'ambiente è elevata, di un ordine di grandezza simile a quella dei minerali inerti persistenti come le argille e il nerofumo. Esistono fibre naturali, particelle sferiche di carbonio nero fuliggine e grafite lamellare simile a un film, quindi queste categorie di forme non sono esclusive della microplastica. L'affinità di assorbimento dei contaminanti organici idrofobici per la microplastica è simile a quella della materia organica ma ordini di grandezza inferiore a quella del nerofumo. Le particelle di nerofumo e fuliggine sono altamente contaminate.

Lo stesso vale per i sedimenti acquatici contaminati da composti preesistenti che rilasciano sostanze chimiche in una colonna d'acqua sovrastante più pulita.

Interazioni della microplastica con il biota

L'ingestione di microplastiche da parte del biota acquatico dipende dalla loro bioaccessibilità, che è principalmente determinata dalla dimensione delle particelle, dalle caratteristiche specie-specifiche degli organismi esposti, come l'apertura della bocca, e dalle condizioni ambientali.

Dopo l'ingestione, le microplastiche possono essere trasportate lungo il tubo digerente fino all'escrezione, oppure possono accumularsi nell'intestino, nella ghiandola digestiva, nelle branchie o nel fegato di alcuni organismi.

 I processi digestivi possono modificare le caratteristiche delle microplastiche: è stato scoperto che il krill antartico Euphausia superba e l'anfipode Gammarus trasformano le microplastiche in nanoplastiche attraverso la frammentazione digestiva. Oltre ad essere ingerite, le microplastiche possono essere adsorbite sulla superficie di microalghe, piante acquatiche  e crostacei.

L'ingestione o l'adsorbimento di microplastiche può causare effetti negativi sugli organismi acquatici. A livello di popolazione, la presenza di microplastiche può ridurre il numero di specie o la loro biomassa. A livello individuale, le microplastiche possono influenzare la sopravvivenza, la riproduzione, la crescita, l’alimentazione, lo sviluppo embrionale, la mobilità ed l’efficienza fotosintetica.  A questo si aggiungono danni al DNA, neurotossicità, danno all’attività enzimatica, ecc.

 La gravità degli effetti varia a seconda delle proprietà delle microplastiche, delle loro concentrazioni e del tempo di esposizione.

In generale, gli studi che confrontano le microplastiche con particelle naturali (ad esempio, argilla rossa, caolino o sedimenti naturali) in ambienti controllati mostrano che gli effetti avversi indotti dalla microplastica si verificano a concentrazioni inferiori rispetto alle particelle naturali

Rischi da prodotti chimici

Oltre agli effetti fisici e ai rischi delle particelle di microplastica, le microplastiche possono causare contemporaneamente effetti chimici se l'esposizione chimica è sufficientemente elevata. 

A seconda delle concentrazioni di esposizione, una qualsiasi di queste sostanze chimiche provenienti da tali supporti può rappresentare un rischio per il biota. 

 È stato a lungo ipotizzato che il desorbimento di sostanze chimiche dalla microplastica dopo l'ingestione di particelle possa aumentare l'esposizione a queste sostanze chimiche e successivamente portare a rischi chimici per il biota (l'effetto vettore microplastico).

Le particelle sono onnipresenti nel nostro ambiente naturale e le particelle di microplastica sono una sottocategoria relativamente recente. A causa della loro origine antropogenica, della continua produzione di plastica e della frammentazione degli articoli in plastica, si prevede che le concentrazioni di massa e numero di microplastiche aumenteranno

Si prevede che le distribuzioni dimensionali si sposteranno gradualmente verso una proporzione maggiore di particelle più piccole, aumentando la biodisponibilità e il rischio potenziale per una gamma più ampia di specie, compresi gli esseri umani. 

 

Riferimenti

Koelmans, A.A., Redondo-Hasselerharm, P.E., Nor, N.H.M. et al. Risk assessment of microplastic particles. Nat Rev Mater 7, 138–152 (2022). https://doi.org/10.1038/s41578-021-00411-y

Véronique AdamTong YangBernd Nowack, Toward an ecotoxicological risk assessment of microplastics: Comparison of available hazard and exposure data in freshwaters, Environmental Toxicology and Chemistry, 2018, https://doi.org/10.1002/etc.4323

Merel Kooi and Albert A. Koelmans, Simplifying Microplastic via Continuous Probability Distributions for Size, Shape, and Density, Environ. Sci. Technol. Lett. 2019, 6, 9, 551–557

La plastica nei nostri mari: un problema drammatico Percorsi verso la plastica circolare in Europa

 



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