Una ricerca pioneristica dal Politecnico di Torino rivela che persino le caverne mai toccate dall’uomo contengono già inquinamento da microparticelle. E la fauna stigobiotica endemica d’Europa ne è contaminata

Le Grotte Non Sono Più Vergini: Microplastiche negli Abissi Inesplorati

Riassunto introduttivo

Una ricerca pioneristica del Politecnico di Torino, completata da Valentina Balestra nel 2025 e disponibile gratuitamente on line per la consultazione, svela un problema che gli speleologi e i gestori di aree protette non potevano più ignorare: le microplastiche e le microfibre antropogeniche hanno raggiunto persino le caverne più remote e inesplorate d’Italia, contaminando sedimenti, acque e la fragile fauna stygobiotica endemica.

Lo studio rappresenta il primo approccio sistematico e multidisciplinare alla contaminazione da microparticelle negli ambienti carsici italiani. Con metodologie innovative—tra cui spettroscopia µFTIR-ATR, microscopia fluorescente e un software di conteggio automatico sviluppato internamente—la ricerca ha esaminato simultaneamente sedimenti, acque di infiltrazione, fauna sotterranea e contaminanti associati in regioni critiche: Piemonte, Liguria, Friuli-Venezia-Giulia e Abruzzo.

I risultati sono allarmanti. Nella Grotta di Bossea, uno dei siti più studiati, le acque contengono 164 items/L di microplastiche, con concentrazioni ancora più elevate nelle zone di ricircolo idrico (54 items/L nei sifoni interni). Per la prima volta al mondo, microplastiche sono state identificate nel sistema gastrico di crustacei stygobiotici endemici come Proasellus franciscoloi. Nelle aree turistiche ad alta frequentazione, i sedimenti raggiungono 4.390 items/kg di sedimento secco—il doppio rispetto alle aree speleologiche non visitate.

Ma la scoperta più preoccupante riguarda le grotte vergini: ambienti mai esplorati dall’uomo presentavano già contaminazione significativa da microparticelle antropogeniche, dimostrando che l’infiltrazione da superficie avviene attraverso percorsi preferenziali (fratture, inghiottitoi) indipendentemente dall’attività speleolagica diretta. Persino acquiferi profondi e confinati—sorgenti di acqua potabile per miliardi di persone globalmente—contengono microplastiche fino a 97 items/L.

Le fibre tessili dominano ovunque (78-94% della contaminazione), coerenti con l’usura dell’abbigliamento e la produzione tessile mondiale. Cruciale: fibre naturali e rigeneratori (cotone, rayon/viscosa), frequentemente ignorate nelle ricerche precedenti, rappresentano il 63% della contaminazione nei sedimenti carsici, suggerendo che inventari ambientali precedenti hanno sistematicamente sottostimato l’inquinamento di fattori significativi.

Le implicazioni per la conservazione sono dirette. I sistemi carsici forniscono il 25% dell’acqua potabile globale e ospitano fauna endemica come Proteus anguinus—l’unico vertebrato esclusivamente cavernare d’Europa—oggi già minacciato di estinzione. La contaminazione da microplastiche amplifica questo rischio, poiché le particelle fungono da vettori per inquinanti chimici (bisfenoli, pesticidi, metalli pesanti) che possono bioaccumularsi lungo la catena alimentare sotterranea.

La ricerca fornisce protocolli standardizzati e il software open-source MUPL—strumenti immediatamente utilizzabili da autorità ambientali nazionali per programmi di monitoraggio sistematico degli acquiferi carsici. Per la comunità speleologica, il messaggio è inequivocabile: anche gli ambienti apparentemente più remoti e fragili richiedono strategie di protezione urgenti, non locali ma globali.

Problema Scientifico e Motivazione della Ricerca

Vulnerabilità dei Sistemi Carsici

Gli acquiferi carsici presentano caratteristiche idrogeologiche intrinseche che li rendono particolarmente vulnerabili alla contaminazione. La presenza di fratture, inghiottitoi, condotti e sifoni facilita l’infiltrazione diretta di contaminanti dalla superficie alle acque sotterranee, con tempi di transito molto rapidi (nel caso della Bossea, da 1 a 4 giorni in condizioni di piena). Questa dinamica veloce, associata alla limitata capacità di filtrazione naturale, trasforma i sistemi carsici in “corridoi di contaminazione” per le microplastiche.

Contaminazione da Microplastiche come Problema Emergente

Sebbene le microplastiche siano state ampiamente studiate in ambienti marini, gli habitat terrestri e sotterranei rimangono largamente inesplorati. Le proprietà chimiche e fisiche delle microplastiche—resistenza, durabilità, capacità di frangiarsi in particelle sempre più piccole—le rendono persistenti negli ecosistemi. Inoltre, le microplastiche fungono da vettori per altri inquinanti (pesticidi, POPs, bisfenoli, metalli pesanti, antibiotici), amplificando i rischi ecologici.

Il Problema delle Microfibre

Accanto alle microplastiche, la ricerca evidenzia l’importanza delle microfibre (MF) come classe emergente di inquinanti. Diversamente dalle microplastiche tradizionali, le microfibre includono materiali naturali (cotone), rigenerati (rayon/viscosa) e sintetici (poliestere, nylon). Sebbene spesso considerate biodegradabili, le ricerche mostrano che le fibre naturali e rigenerste richiedono tempi di degradazione lunghi (mesi a decenni), sono frequentemente processate industrialmente con additivi tossici, e persistono significativamente negli ambienti.

Metodologie e Approcci Analitici

Protocolli di Campionamento

La ricerca ha sviluppato e perfezionato protocolli standardizzati per tre tipi di matrici:

Sedimenti caverni: Il metodo ottimale prevede essiccazione a 40°C, pre-trattamento con H?O? 30% per 7 giorni, separazione per densità con soluzione NaCl (densità 1.22), e filtrazione sotto vuoto. Cruciale è l’uso del pre-trattamento anziché post-trattamento con perossido, che danneggia i filtri compromettendo l’analisi.

Acque e acque di stillicidio: Trattamento con H?O? 30% come pre-trattamento (7 giorni), seguito da filtrazione su filtri in vetro a fibre di vetro (poro 1.2 µm).

Fauna stygobiotica: Digestione enzimatica della materia organica, colorazione con Nile Red per microscopia a fluorescenza, e spettroscopia µFTIR ad alta risoluzione per particelle fino a 0.5 µm.

Identificazione e Caratterizzazione

La tesi impiega una strategia integrata multi-tecnica:

• Microscopia ottica: Osservazione di particelle 5-0.1 mm; caratterizzazione secondo il sistema SCS (Crawford & Quinn 2016) per forma, taglia, colore e fluorescenza.
• Spettroscopia µFTIR-ATR: Identificazione chimica dei polimeri con library matching ?70%.
• Software MUPL: Sistema di conteggio automatico sviluppato in collaborazione con DISAT del Politecnico, basato su tecniche tradizionali di image processing, senza necessità di addestramento su dataset specifici.
• Microscopia fluorescente: Risoluzione spaziale fino a 0.5 µm per particelle piccole e studio dell’ingestione da parte della fauna.

Risultati nei Sistemi Carsici Studiati

Grotta di Bossea (Piemonte)

Questo sistema rappresenta il caso studio più completo della ricerca:

Contaminazione dei sedimenti: Le aree turistiche mostravano concentrazioni medie di 4390 items/kg di sedimento secco, con distribuzione differenziata rispetto alle aree speleologiche (1600 items/kg). Fibre sintetiche predominavano (fino al 78%), consistenti con l’usura dell’abbigliamento dei visitatori. Frammenti e microsfere costituivano il resto della contaminazione.

Contaminazione delle acque: 164 items/L totali nel sistema, con 127 items/L fluorescenti (84.8%) e 37 non fluorescenti. La distribuzione spaziale evidenziava concentrazioni più elevate nelle aree di ricircolo idrico (sifone interno: 54 items/L) e nelle acque che scaturivano da fratture rocciose, suggerendo percorsi di infiltrazione rapidi dalla superficie. Le acque superficiali di alimentazione (Rio Roccia Bianca, Rio Bertino) mostravano 23-29 items/L, inferiore alle aree cave interne, probabilmente dovuto alla sedimentazione durante il transito.

Contaminazione della fauna: Prima evidenza mondiale di microplastiche in crustacei stygobiotici. Nel campione di Proasellus franciscoloi analizzato (isopode specialista degli ambienti sotterranei), sono state identificate 191 microplastiche, predominantemente perline (93%), con una frazione volumetrica di circa l’1% del volume gastrico. Questo valore è significativamente inferiore rispetto agli asellidi epigei, probabilmente a causa del metabolismo ridotto delle specie stygobionti.

Contaminazione da bisfenoli: Il bisfenolo A (BPA) è stato rilevato in tutte le aree esaminate, con concentrazioni variabili nelle acque superficiali e sotterranee. La correlazione spaziale tra MP e BPA suggerisce che le microplastiche possono fungere da vettori per questo inquinante emergente.

Grotte Turistiche Comparate: Toirano e Borgio Verezzi (Liguria)

La comparazione tra tre grotte turistiche ha permesso di validare metodologie e valutare l’impatto turistico:

I dati evidenziano che:

1. L’impatto turistico non è uniforme: Bossea mostra il doppio della contaminazione della Toirano pur ricevendo metà dei visitatori annui, suggerendo variabilità nella sorgente (es. intensità di escursionismo, attività sulla superficie).
2. Le fibre dominano ovunque (87-94%), coerente con il 60% della produzione tessile mondiale sintetica.
3. La separazione by metodologie automatizzate (MUPL) vs. conteggio manuale rivela che il 25% delle particelle non fluoresce: Il software MUPL, sebbene efficiente, non identifica particelle non-fluorescenti, rendendo il conteggio manuale complementare essenziale per accuratezza.

Carso Classico Friuli-Veneziaiano: Ambiente Protetto con Specie Stygobionti

Questo studio rappresenta la prima investigazione sistematica di MP/MF in ambienti carsici protetti a livello UE (Direttiva Habitat 92/43/EEC):

Microplastiche in acque: Concentrazioni tra 36.9 e 85.6 items/L (corrette per contaminazione da laboratorio). La distinzione tra sorgenti (ambienti epigei vs. ipogei protetti) mostrava pattern differenziati:

• Spring 16 (sorgente con Proteus anguinus): 50.9 items/L (senza correzione)
• 214 Cave (grotta esplorabile): 47.2 items/L
• Trebiciano Cave (ambiente fragile): 96.0 items/L (più elevata, suggerendo infiltrazione diretta)
• Mariano Well (acquifero profondo): 82.6 items/L

Microfibre nei sedimenti sommersi: La ricerca ha evidenziato che le microfibre rappresentano una frazione significativa degli inquinanti antropogenici. Fibre naturali (cotone, 63% degli AMPs) e rigeneratori (38%) dominano rispetto a sintetiche. Questo risultato è critico poiché dimostra che ricerche precedenti che ignoravano le fibre naturali hanno sottostimato l’inquinamento ambientale di un fattore significativo.

Specie stygobionti contaminate: Sia Proteus anguinus (salamandra endemica sotterranea, unico cordata esclusivamente cavernare d’Europa) che Troglocaris planinensis (gammaride specialista) erano presenti nei siti contaminati. L’assenza di uno studio specifico sul loro stato nutrizionale nei confronti delle MP rappresenta un’area di ricerca futura critica.

Grotte Inesplorate (Abruzzo)

Questo capitolo rappresenta la ricerca più pioneristico della tesi:

Razionale: Campionare ambienti vergini prima dell’esplorazione speleolagica per determinare se la contaminazione precede l’attività umana, permettendo di distinguere tra sorgenti dirette (attività speleologica) e indirette (infiltrazione da superficie).

Risultati: Tutte le grotte inesplorate esaminate mostravano già contaminazione da microparticelle antropogeniche (MP + MF combinati). Le concentrazioni variavano ma la composizione era coerente: fibre naturali (cotone blu) e rigeneratori dominanti. Questo dimostra che:

1. L’infiltrazione da superficie è già avvenuta prima di qualsiasi esplorazione speleolagica
2. Le sorgenti sono principalmente atmosferiche e da precipitazione/percolazione del suolo
3. Anche ambienti biologicamente “sterili” dal punto di vista esplorativo sono già contaminati antropogenicamente

Implicazioni: La scoperta di contaminazione in ambienti mai toccati dall’uomo sottolinea l’ubiquità della contaminazione da microplastiche anche negli ecosistemi più remoti e fragili.

Acquiferi Profondi (Provincia di Cuneo)

Lo studio degli acquiferi profondi (alcuni artesiani con “acque antiche”) aveva l’obiettivo di testare la validità metodologica e verificare se acquiferi confinati potessero rappresentare ecosistemi ancora non contaminati:

Risultati: Microplastiche rilevate anche negli acquiferi profondi, con concentrazioni variabili:

• Range: 0.1-97 items/L
• Media: 40±8 items/L (in un’indagine australiana comparabile)

Correlazioni statistiche: Analisi di correlazione di Spearman non ha rivelato correlazioni significative con la profondità dell’acquifero, suggerendo che la contaminazione raggiunge gli strati profondi attraverso percorsi preferenziali (fratture, zone di ricarica diffusa) piuttosto che per diffusione lenta.

Caratterizzazione dei Polimeri Identificati

La spettroscopia µFTIR-ATR ha permesso l’identificazione di una varietà di polimeri:

Polimeri dominanti (occorrenza globale):

• Polietilene (PE): Packaging, sacchetti
• Polipropilene (PP): Contenitori, tessuti
• Polietilentereftalato (PET): Bottiglie, tessuti sintetici
• Poliammide (PA): Fibre tessili, reti di pesca

Polimeri emergenti:

• EVOH (etilene-vinil-alcol): Barriere di packaging
• PVAc (acetato di polivinile): Adesivi
• PTFE (politetrafluoroetilene): Rivestimenti
• Poliacrilammide (PAM): Additivi industriali

Copolimeri: Identificati significativamente, spesso miscele di PE-PP, PET-cellulosa, suggerendo fonti da prodotti tessili e packaging complessi.

Novità Metodologiche: Il Software MUPL

Un contributo significativo della tesi è lo sviluppo e la validazione del software MUPL (Microplastic Automated Particle Locator), creato in collaborazione con il DISAT del Politecnico:

• Approccio: Basato su tecniche tradizionali di image processing (thresholding, morphological operations) senza ricorso a deep learning
• Vantaggi: Interfaccia user-friendly, non richiede dataset di addestramento, parametri tunable
• Limitazioni: Identifica solo particelle fluorescenti (5-0.4 mm), perdendo il ~25-35% di particelle non-fluorescenti

Lo strumento è stato reso open-source per la comunità scientifica, accelerando la ricerca comparativa su MP in diversi ambienti.

Questioni Aperte e Limitazioni

Limitazioni Metodologiche

1. Cut-off dimensionale: L’analisi è stata limitata a particelle ?0.1 mm (e fino a 0.5 µm per fauna). Il software MUPL non identifica nanoplastiche (<100 nm), probabile sottoestima dell’inquinamento reale di 1-2 ordini di grandezza.
2. Distinzione naturale/rigeneratorio: Sebbene la microscopia ottica permetta di distinguere caratteristiche morfologiche diverse, la spettroscopia µFTIR non può discriminare fibre naturali da rigeneratori (entrambe presentano spectra identici di cellulosa). Discriminazione basata su tossicità relativa del processo produttivo.
3. Dinamiche di degradazione in ambienti carsici: Poco noto come MP degradano negli ambienti sotterranei (temperature basse, pH variabile, microbiologia specifica).

Questioni Ecologiche Irrisolte

1. Effetti a lungo termine su fauna stygobiotica: Uno studio su P. franciscoloi rappresenta un punto di partenza. Mancano studi su biomagnificazione, effetti su riproduzione, intossicazione cronica.
2. Trasferimento trofico: Come MP transitano attraverso la catena alimentare cavernare (detrito ? microcrustacei ? pesci ciechi, se presenti)?
3. Sinergie con altri inquinanti: Il fatto che MP adsorbano bisfenoli è documentato, ma mancano studi sui percorsi di mobilizzazione del BPA in ambiente sotterraneo e sui meccanismi di desorzione.
4. Persistenza negli acquiferi confinati: Una volta entrate, possono le MP essere rimosse naturalmente? La “irreversibilità” della contaminazione idrica sotterranea (UNESCO 2022) si applica anche alle MP?

Limitazioni Geografiche e Rappresentatività

Lo studio si concentra su regioni nord-orientali e nord-occidentali dell’Italia, karst prevalentemente calcareo-dolomitico. Carente copertura di:

• Karst troglomorphico (Meridione)
• Sistemi di acquiferi carboniosi (es. Emilia-Romagna)
• Influenza di attività estrattive e industriali (vs. contaminazione ricreativa/turistica)

Implicazioni per la Gestione e la Conservazione

Protezione delle Aree Carsiche

1. Monitoraggio sistematico: La ricerca di Balestra fornisce protocolli standardizzati per programmi di monitoraggio a scala nazionale. Critici per:
   • Aree di ricarica di acquiferi usati per acque potabili
   • Zone protette UE con fauna stygobiotica endemica
   • Sorgenti carsiche in zone agricole o prossime a centri urbani
2. Identificazione di sorgenti: Il pattern geografico della contaminazione (superiore nelle aree turistiche ad alta frequentazione: Bossea 18,000 visitatori/anno) suggerisce interventi:
   • Limitazione dell’accesso alle grotte più fragili
   • Istruzioni ai visitatori sul rilascio di fibre tessili (microfibre da abbigliamento)
   • Gestione delle rifiuti nelle aree di accesso

Ricerca e Innovazione

1. Remediazione: Non esistono ancora tecnologie comprovate per rimuovere MP da acque sotterranee. Necessari:
   • Sviluppo di filtri ad alta risoluzione (<0.1 µm)
   • Processi biologici per degradazione MP in ambienti anaerobi (comuni negli acquiferi)
2. Politiche di prevenzione: A monte, riduzione della produzione di MP:
   • Incentivi per textili biodegradabili
   • Limitazione di microbeads nei cosmetici (già implementata in molti paesi)
   • Filtri per lavatrici (Stanton et al. 2019 stima 5-40% delle MF oceaniche da lavaggio domestico)

Conclusioni

La tesi di Valentina Balestra rappresenta un cambio di paradigma nello studio dell’inquinamento da microplastiche: da un focus esclusivamente marino a una comprensione della contaminazione globale e trasversale degli ecosistemi. La sua sistematicità metodologica, la caratterizzazione multidisciplinare (acque, sedimenti, fauna), e l’inclusione di ambienti precedentemente inesplorati (grotte vergini, acquiferi profondi) forniscono una baseline critica per futuri programmi di monitoraggio.

L’evidenza che anche ambienti remoti e mai esplorati dall’uomo (grotte inesplorate) presentano già microparticelle antropogeniche sottolinea l’urgenza di strategie di mitigazione a livello globale, non solo locale. Il riconoscimento della rilevanza ecologica delle microfibre naturali e rigeneratori—frequentemente ignorate nelle ricerche precedenti—suggerisce che gli inventari di contaminazione sono stati sistematicamente sottostimati.

Per gli ambiti applicativi, i protocolli metodologici sviluppati e il software MUPL rappresentano strumenti immediatamente utilizzabili per autorità ambientali nazionali e regionali nel monitoraggio degli acquiferi carsici, critici per fornire acqua potabile a miliardi di persone globalmente.
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Fonti:

Hai cercato microplastiche – Scintilena

Scarica la Tesi di Dottorato di Valentina Balestra: https://iris.polito.it/handle/11583/3006971