Come le micro e le nanoplastiche entrano nei ghiacci artici
La scienziata ambientale Alice Pradel coltiva carote di ghiaccio in laboratorio per analizzare il trasporto e l'accumulo di micro e nanoplastiche. Il suo obiettivo è comprendere meglio i flussi di materiale nei ghiacci artici.
"Beat the Micro Bead" è il nome di una campagna lanciata nel 2012 con l'obiettivo di ridurre l'uso di microplastiche nei prodotti cosmetici per minimizzare gli effetti negativi sull'ambiente e sulle persone. Per Alice Pradel, la campagna è stata un campanello d'allarme. "Come giovane scienziata ambientale, ero scioccata dal fatto che immettessimo tutte queste sostanze chimiche nell'ambiente senza interessarci a ciò che accadeva loro", ricorda l'autrice. Nello stesso periodo, si stavano diffondendo le immagini della "Grande chiazza di immondizia del Pacifico", un enorme tappeto di rifiuti nel mezzo dell'Oceano Pacifico, costituito in gran parte da rifiuti plastici e diventato un simbolo dell'eccesso di plastica di origine antropica. Nel 2020 sono stati prodotti circa 400 milioni di tonnellate di plastica in tutto il mondo, di cui il 9% è stato riciclato, il 12% incenerito e il resto è finito in discarica, nell'ambiente o in mare.
Nuove proprietà grazie alla comminuzione
"Ciò che mi affascina delle scienze ambientali è che ho l'opportunità di imparare continuamente di più sul nostro rapporto con l'ambiente", dice Pradel. "Nel suo programma di Master all'Università di Rennes, nel nord-ovest della Francia, si è concentrata sul modo in cui diverse sostanze chimiche, come i pesticidi, si accumulano nel suolo e in altri supporti porosi. Nel 2018 ha assistito a una lezione di Julien Gigault, chimico del centro di ricerca francese CNRS. Ha raccontato agli studenti come la plastica presente nell'ambiente venga scomposta in particelle sempre più piccole da processi biotici e abiotici, facendo sì che il materiale assuma nuove proprietà. Pradel è rimasto affascinato e scioccato dal fatto che questa miniaturizzazione permette alle particelle di penetrare in tutti i sistemi ecologici.
Ha quindi scritto la sua tesi di dottorato al Gigault sulla questione di come e dove si accumulano le micro e le nanoplastiche nei materiali porosi. Verso la fine, ha scoperto con sorpresa che grandi quantità di microplastiche si erano accumulate anche nel ghiaccio marino artico. Gli studi lo avevano confermato di recente. Il ghiaccio è anche altamente poroso; ci sono aree di densità maggiore e minore, cavità e microscopici flussi di acqua salata tra i cristalli di ghiaccio. Di conseguenza, c'è uno scambio costante tra l'acqua di mare e il ghiaccio e Pradel si è interessato sempre di più a questo aspetto. "Il fatto che tra i cristalli di ghiaccio si possano depositare micro e nanoparticelle è molto problematico. Perché sono proprio questi i luoghi in cui le microalghe prosperano meglio", spiega. Altri ricercatori hanno dimostrato che le alghe assorbono additivi plastici tossici e che questi possono entrare nella catena alimentare artica.
Nel 2018, uno studio ha dimostrato che le particelle di microplastica più piccole si trovano più frequentemente nel ghiaccio marino. Per definizione, le microplastiche sono più piccole di cinque centimetri, le nanoplastiche addirittura più piccole di un micrometro. I ricercatori non sono più in grado di quantificare le particelle di microplastica più piccole di dieci micrometri; stanno raggiungendo i limiti analitici. "Concludiamo che non possiamo né vedere né misurare con precisione la maggior parte della plastica presente nel ghiaccio marino", spiega Pradel.
Postdoc per una migliore analisi
Durante la sua tesi di dottorato, la ricercatrice ha sviluppato un metodo di laboratorio per far crescere il ghiaccio marino in laboratorio. Dall'aprile 2022, Pradel coltiva le sue carote di ghiaccio nell'ambito di una borsa di studio post-dottorato presso il Dipartimento di scienze ambientali dell'ETH di Zurigo. A tal fine, raffredda l'acqua marina in una colonna di vetro con un gradiente di temperatura che va da 1 °C (estremità inferiore) a -5 °C (estremità superiore). Dopo 19 ore, all'estremità superiore si forma un nucleo di ghiaccio di circa dieci centimetri di spessore. Se all'inizio vengono aggiunte particelle di micro e nanoplastica all'acqua di mare, Pradel può capire come le particelle passano dall'acqua al ghiaccio e vi si accumulano.
Oggi Pradel svolge attività di ricerca nel gruppo della professoressa Denise Mitrano, che ha conosciuto a una conferenza. Il gruppo di Mitrano si concentra sulle particelle antropogeniche e sulla loro tossicità e impatto sull'ambiente. Tra le altre cose, ha sviluppato metodi analitici con cui è possibile misurare con maggiore precisione le micro e le nanoplastiche. Ciò integra perfettamente la ricerca di Pradel. Un problema fondamentale nella quantificazione delle micro e nanoplastiche è distinguere il carbonio presente nei materiali naturali, come le alghe, da quello presente nella plastica. I ricercatori possono aggirare questo problema aggiungendo traccianti inorganici alle particelle di plastica. Utilizzano come traccianti gli elementi in traccia, che fungono da proxy per la plastica e permettono di misurare efficacemente le particelle di plastica nel ghiaccio utilizzando i metodi standard di analisi ambientale, tra cui la spettrometria di massa con plasma accoppiato induttivamente.
Prima spedizione nell'Artico
Per le sue analisi, Pradel collabora anche con i ricercatori dell'Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio (WSL). Presso il laboratorio del WSL a Davos, utilizza tomografi di ghiaccio per analizzare le carote di ghiaccio a -15 °C. Le immagini risultanti forniscono informazioni sulla porosità del ghiaccio. Le immagini che ne derivano forniscono informazioni sulla porosità e sulla struttura del ghiaccio. "Questo ci dà importanti indizi su dove si accumulano le particelle micro e nanoplastiche", dice Pradel. Gli esperimenti attuali dimostrano che le particelle di nanoplastica vengono trasportate attraverso il ghiaccio in modo simile ai sali disciolti nell'acqua di mare. Nel caso delle microplastiche, invece, l'accumulo nel ghiaccio marino dipende maggiormente dalla densità delle particelle.
Pradel è convinto che i suoi esperimenti apriranno nuove possibilità anche in altre aree di ricerca: "Il riscaldamento globale sta rendendo l'intero ghiaccio marino artico molto più dinamico. I suoi esperimenti consentono di simulare questi sviluppi in laboratorio senza che i ricercatori debbano recarsi nell'Artico. "Tuttavia, la sua ricerca non potrà fare a meno delle spedizioni. Il prossimo inverno, Alice Pradel si recherà per la prima volta nell'Oceano Artico per misurare il più accuratamente possibile l'impronta di plastica dell'umanità nei ghiacci.