Il "ciclo dell'arsenico" e la contaminazione dei grandi fiumi dell'Asia

C'è chi lo definisce "il più grande avvelenamento di massa della storia". Secondo i dati diffusi dall'Organizzazione Mondiale della Sanità, sono più di 140 milioni le persone che nel sub-continente asiatico bevono ogni giorno acqua proveniente da falde acquifere contaminate con arsenico. Ogni anno, l'esposizione cronica a questa sostanza fa ammalare di cancro migliaia di persone in India, Bangladesh, Cambogia, Myanmar [1]. Le prime segnalazioni di contaminazione delle acque risalgono agli anni ottanta, quando gli epidemiologi trovarono consistenti tracce di arsenico  nel delta del Gange, in Bangladesh.

Da dove proviene l'arsenico che inquina i maggiori bacini idrici del sud-est asiatico? Circa quindici anni fa, gli scienziati hanno scoperto che questo elemento deriva dall'erosione delle rocce sulle montagne dell'Himalaya, dove è naturalmente presente in piccole quantità. L'arsenico, mescolato ai sedimenti, viene poi trasportato a valle verso i grandi fiumi dell'Asia, che si alimentano dai ghiacciai himalayani: il Mekong, il Gange-Brahmaputra, l'Irrawady e il Fiume Rosso.

Quello che gli scienziati non riuscivano a spiegarsi era come mai l'arsenico, invece di restare intrappolato nei sedimenti del fiume in forma solida, si infiltrasse sottoterra, a oltre 30 metri di profondità, inquinando le falde idriche del sottosuolo. Oggi il mistero sembra risolto, grazie ad uno studio pubblicato l'anno scorso sulla rivista Nature dal professor  Scott Fendorf, che insegna scienze ambientali all'università di Stanford.
Fendorf, che ha iniziato le ricerche nel 2004, era convinto che la contaminazione dell'acqua non avvenisse a 30-40 metri di profondità, come si credeva fino ad allora, ma molto più in alto, quasi in prossimità della superficie. La sua équipe ha svolto le ricerche nel bacino del Mekong, in Cambogia, a pochi chilometri dalla capitale Phnom Penh, un sito poco sviluppato e con caratteristiche geologiche, chimiche  e biologiche simili a quelle del Bangladesh. “La Cambogia – spiega Fendorf – era appena uscita da una guerra civile durata 35 anni, era come se lì il tempo si fosse fermato. Questo ci ha permesso di ricostruire perfettamente l'idrologia del territorio”.

Fendorf e i suoi colleghi hanno scavato pozzi a varie profondità per scoprire il punto esatto in cui l'arsenico si infiltra nelle falde idriche e hanno creato un modello preciso del ciclo dell'arsenico nel delta del fiume. “Abbiamo scoperto – dichiara Fendorf – che nei primi 60-90 centimetri di profondità, l'arsenico proviene dai sedimenti trasportati a valle dall'Himalaya”. Come fa questa sostanza, mescolata con i sedimenti, ad inquinare l'acqua? La risposta, secondo Fendorf, è racchiusa in un piccolo battere che normalmente vive nel terreno e nei depositi rocciosi dei bacini fluviali. Quando l'arsenico viene trasportato dalle montagne dell'Himalaya verso i grandi fiumi del sud, si lega a delle particelle di ruggine chiamate “ossidi di ferro” [2]. Una volta raggiunto il delta del fiume, queste particelle ricche di arsenico restano sepolte sotto diversi strati di terra, che formano un ambiente anaerobico, ossia privo di ossigeno. Di solito i batteri hanno bisogno dell'ossigeno per respirare, ma in assenza di questo gas, usano altri elementi, come la ruggine e l'arsenico. Quando metabolizzano queste sostanze in un ambiente anaerobico, i batteri convertono l'arsenico in una forma facilmente solubile in acqua. La contaminazione, quindi, non avviene in profondità, ma appena al di sotto della superficie. L'arsenico, infatti, impiega almeno 100 anni per raggiungere le falde idriche del sottosuolo. Questo ciclo è un processo naturale che dura da migliaia di anni ed è indipendente dall'influenza dell'uomo.

La ricerca di Fendorf è importante perché contribuisce a chiarire le cause di una contaminazione che avvelena migliaia di persone ogni anno; inoltre, permette di creare una mappa idrogeologica dettagliata del territorio in modo da costruire i pozzi in zone non contaminate. Per aiutare le popolazioni locali ad uscire dall'emergenza sanitaria, però, non basta conoscere il ciclo dell'arsenico, bisogna anche trovare soluzioni pratiche. Che cosa succede, infatti, se il pozzo del contadino  si trova su un terreno contaminato? Fendorf propone tre soluzioni. La prima consiste nell'installare dei sistemi di filtraggio nei pozzi. Questo metodo, però, pone il problema dello smaltimento dei rifiuti tossici. Inoltre, i filtri vanno sempre tenuti sotto controllo per verificarne il corretto funzionamento. Una seconda soluzione potrebbe essere quella di raccogliere l'acqua piovana in grosse cisterne, ma questo sistema non ha molto senso nelle zone caratterizzate da lunghi periodi di siccità. La terza ipotesi è quella di depurare l'acqua superficiale dei fiumi e dei laghi con filtri chimici. Per risolvere il problema dei costi, Fendorf sta lavorando a stretto contatto con un'organizzazione non governativa della Cambogia, il Resource Development International (RDI), che produce filtri a basso costo ricavati da argilla e pula di riso.

Gli scienziati americani si sono resi conto che non esiste una soluzione unica per tutti, ma le strategie di intervento devono essere valutate regione per regione, villaggio per villaggio, caso per caso. In Cambogia, ad esempio, il problema dell'arsenico rischia di danneggiare gravemente l'economia e la salute di un Paese che, dopo decenni di lotte intestine, punta allo sviluppo e alla costruzione di case, strade, pozzi, sistemi di irrigazione. Questa trasformazione del paesaggio e della sua idrogeologia sicuramente modificherà i livelli di arsenico nel delta del Mekong, ma non è detto che peggiori la situazione. “In alcuni casi – spiega Fendorf – la concentrazione di arsenico potrebbe aumentare, in altri invece potrebbe addirittura diminuire: dipende dalla zona e da come cambia l'ambiente circostante”.

Nata per svelare un mistero che fino ad ora gli scienziati non sono riusciti a spiegare fino in fondo, la ricerca di Fendorf e della sua équipe si è ben presto trasformata in un appassionante viaggio nella vita quotidiana di milioni di persone. Durante le ricerche, gli scienziati americani hanno analizzato ogni pozzo che scavavano e se l'acqua risultava negativa al test dell'arsenico, facevano costruire un altro pozzo per uso domestico, al quale potevano attingere le famiglie della zona. Se, invece, l'acqua era positiva all'arsenico, i ricercatori compravano una cisterna al proprietario del terreno per raccogliere l'acqua di pioggia. “Se riusciamo a dare alla gente un pozzo pulito o una cisterna per la raccolta d'acqua piovana - conclude Fendorf - per noi sarebbe un traguardo molto più importante di qualsiasi risultato scientifico”.

Nello stesso periodo in cui è apparsa su Nature la ricerca di Fendorf, il geologo svizzero Michael Berg ha pubblicato su Nature Geoscience una mappa dettagliata delle regioni del sud-est asiatico contaminate da arsenico. Berg e la sua équipe hanno creato un modello statistico che collega le caratteristiche geologiche della superficie del terreno al rischio di contaminazione da arsenico nel sottosuolo. Le rilevazioni fatte da Berg evidenziano alcune zone particolarmente “calde”, come il sud di Sumatria, in Indonesia, e il delta dell' Irrawaddy, in Myanmair.

Fonte: Stanford University

Note:
[1]  World Health Organization (WHO)
“Arsenic contamination in groundwater affecting some countries in the South-East Asia region” (2001)
http://www.searo.who.int/LinkFiles/RC_54_8.pdf

[2] E' interessante osservare che nel 2006 alcuni ricercatori della Rice University di Houston, Texas, pubblicarono uno studio in cui spiegavano che bastava una calamita e un po' di ruggine ridotta a dimensioni nanoscopiche, per realizzare un sistema di depurazione dell'acqua contaminata con arsenico. L'arsenico, infatti, si lega bene con gli ossidi di ferro, tra cui la ruggine, che ha un elevato potere assorbente. Sfruttando questa caratteristica, i ricercatori americani, coordinati da Vicky Colvin, hanno trasformato le particelle di ossido di ferro in nanoparticelle di dimensioni minuscole per aumentarne la superficie. Hanno quindi  messo le particelle in contatto con acqua contaminata e le hanno magnetizzate. Secondo gli scienziati, è sufficiente un campo magnetico di bassa intensità, come una calamita, per far sì che le particelle si allineino e formino un unico grande magnete.
Colvin, V.L. et al.“Effect of Magnetite particlesize on adsorption and desorption of arsenite and arsenate”. Journal of Materials Research 2006, 21 (7), 1862-1862. Rice University, Houston, Texas
Lo studio può essere scaricato in versione integrale al seguente link:
http://nanonet.rice.edu/publications/2006/Yean_Effect_of_magnetite_particle.pdf

Link consigliati:
Chelsea Anne Young “Scientists solve puzzle of arsenic-poisoning crisis in Asia”(24/03/2009)
http://news.stanford.edu/news/2009/april1/fendorf-arsenic-water-poison-asia-040109.html

Fendorf, Scott, “Tracking arsenic from the Himalayas to southeast Asia's water supply”.
Nature 454, x (23 Luglio 2008) |
http://www.nature.com/nature/journal/v454/n7203/full/7203xa.html

Lenny Winkel, Michael Berg, Manouchehr Amini, Stephan J. Hug & C. Annette Johnson, "Predicting groundwater arsenic contamination in Southeast Asia from surface parameters". Nature Geoscience 1, 536 - 542 (2008) 11 Luglio 2008 | doi:10.1038/ngeo254
http://www.nature.com/ngeo/journal/v1/n8/abs/ngeo254.html

World Health Organization (WHO)
Arsenic in drinking water (FACTSHEET)
http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs210/en/

Arsenic contamination in groundwater affecting some countries in the South-East Asia region
http://www.searo.who.int/LinkFiles/RC_54_8.pdf

Veronica Rocco