La degradazione della materia organica provoca l'arricchimento di inquinanti organici nei sedimenti adali

Nature Communications volume 14, numero articolo: 2012 (2023) Citare questo articolo

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L’interramento di inquinanti organici persistenti (POP) come i policlorobifenili (PCB) nei sedimenti delle acque profonde contribuisce al 60% delle loro emissioni storiche. Tuttavia, i dati empirici sulla loro presenza nelle profondità oceaniche sono scarsi. Le stime del deposito dei POP nelle profondità oceaniche sono quindi incerte. Le fosse Hadal, che rappresentano la parte più profonda dell’oceano, sono punti caldi per il seppellimento e la decomposizione del carbonio organico. I POP si ripartiscono favorevolmente in carbonio organico, rendendo le fosse probabilmente dei serbatoi significativi per i contaminanti. Qui mostriamo che i PCB sono presenti sia nei sedimenti hadal (7720–8085 m) che non hadal (2560–4050 m) nella fossa di Atacama. Le concentrazioni di PCB normalizzate rispetto al peso secco dei sedimenti erano simili tra i siti, mentre quelle normalizzate rispetto al carbonio organico dei sedimenti aumentavano esponenzialmente all'aumentare della frazione di carbonio organico inerte del sedimento nei sedimenti adali degradati. Suggeriamo che le dinamiche di deposizione uniche e l’elevato ricambio di carbonio organico nelle fosse adali aumentano le concentrazioni di POP nei luoghi più profondi della Terra.

Gli inquinanti organici persistenti (POP) di origine antropica si trovano ovunque sulla Terra, compresi gli oceani profondi1,2,3,4,5. Queste sostanze pericolose hanno proprietà fisico-chimiche che le rendono persistenti nell'ambiente e sono soggette a trasporti a lungo raggio6. I POP hanno quindi il potenziale di danneggiare la vita marina lontano dalle loro fonti e molto tempo dopo che il loro utilizzo è stato vietato e le emissioni primarie sono cessate. Ad esempio, le emissioni globali dei prodotti chimici industriali policlorobifenili (PCB) sono state significativamente ridotte quando sono stati vietati a metà degli anni ’707. Tuttavia, è stato recentemente dimostrato che i PCB minacciano la riproduzione e la vitalità di oltre il 50% delle popolazioni di orche assassine del mondo, quasi cinquant'anni dopo il picco dell'uso e delle emissioni8. È noto che i PCB causano gravi effetti sulla salute sia degli esseri umani che degli animali. Danneggiano il sistema riproduttivo e immunitario e sono cancerogeni (Convenzione di Stoccolma). I PCB si bioaccumulano e di conseguenza possono raggiungere concentrazioni dannose nei consumatori in cima alla catena alimentare, compreso l’uomo.

La maggior parte dei POP sono scarsamente solubili in acqua e si ripartiscono favorevolmente in carbonio organico nella colonna d'acqua. Ad esempio, i PCB sono concentrati circa 1.000.000 di volte mentre si ripartiscono dall'acqua al fitoplancton9. La pompa biologica facilita l'esportazione verticale dei POP assorbiti in particelle dalla superficie dell'oceano agli strati di acque profonde e infine alla deposizione bentonica10. I profili verticali dei POP nella colonna d'acqua dell'Oceano Artico hanno mostrato concentrazioni crescenti con la profondità come risultato del trasporto con particelle che affondano in combinazione con lunghi tempi di residenza degli strati di acque profonde dell'Artico1,11. Altri studi condotti nell’Oceano Atlantico e nell’Oceano Indiano fino a 3.000 m di profondità3,12 hanno concluso che le correnti oceaniche possono svolgere un ruolo importante nel trasporto dei POP verso gli strati d’acqua più profondi. Le profondità dell’oceano sono considerate un significativo deposito di POP10 e si stima che il seppellimento dei PCB nei sedimenti oceanici corrisponda al 60% delle emissioni cumulative dall’inizio della loro produzione negli anni ’302. Tuttavia, queste valutazioni si basano su un numero molto limitato di misurazioni nelle profondità dell’oceano e non esistono quasi dati empirici sulla presenza di POP nei sedimenti della parte più profonda dell’oceano.

Le fosse di Hadal rappresentano la parte più profonda dell'oceano globale estendendosi da 6 a 11 km di profondità e coprendo un'area di 3,44 × 106 km2, corrispondente a circa l'1% del fondale oceanico13. I sistemi di trincee fungono da collettori di materiale organico. Questo processo è facilitato dalla sessa interna indotta dalle maree14 e dallo spostamento gravitazionale dei sedimenti verso valle15. Oltre al trasporto di materiale più continuo verso valle, lungo l'asse della trincea può verificarsi una traslocazione improvvisa e distinta di grandi quantità di materiale precedentemente depositato, tipicamente indotta da terremoti. Un'indagine dettagliata dei profili 210Pbex (spettrometria a raggi gamma dell'eccesso di 210Pb) ha dimostrato che tali eventi di "spreco di massa" contribuiscono in modo significativo alla deposizione di materiale nella fossa di Atacama15. I sedimenti Hadal ospitano un'elevata abbondanza di vita microbica che prospera alla pressione idrostatica estrema16,17,18 e si è scoperto che supportano tassi di degradazione del carbonio organico più elevati rispetto ai sedimenti abissali adiacenti e i tassi spesso scalano con i valori incontrati sulle pendici e sui margini continentali19 ,20. Tuttavia, i tassi di mineralizzazione del carbonio hadal variano considerevolmente all'interno e tra i sistemi di trincee a seconda di i) produzione oceanica superficiale19, ii) batimetria locale e condizioni idrografiche che possono concentrare o vagliare materiale depositato14 e iii) il verificarsi di rari eventi di spreco di massa che traslocano relitti ma anche freschi materiale organico labile all'asse della trincea19,21.