Un metodo automatizzato per le microplastiche in ambiente carsico
Lo studio di Giardino et al. (2023) presenta un metodo semi?automatico per il rilevamento e la quantificazione routinaria delle microplastiche su membrane filtranti, basato su fluorescenza UV e image processing classico. Questo approccio è già entrato nella cassetta degli attrezzi della ricerca speleologica italiana sulle microplastiche nei sistemi carsici, grazie all’evoluzione nel software MUPL e al suo utilizzo in grotte turistiche e cavità inesplorate.[1][2][3][4]
Microplastiche nei sistemi carsici: perché servono metodi rapidi
Le microplastiche nei sistemi carsici rappresentano una nuova forma di inquinamento in ambienti considerati a lungo remoti e protetti. Studi recenti del Politecnico di Torino hanno mostrato concentrazioni elevate di microparticelle antropiche in sedimenti e acque di grotte italiane, includendo Bossea, Toirano, Borgio Verezzi e il Carso classico.[4][1]
Gli acquiferi carsici forniscono una quota importante dell’acqua potabile mondiale e risultano vulnerabili al trasporto di microplastiche lungo fratture, inghiottitoi e percorsi di infiltrazione. In diversi siti, le microplastiche e le microfibre risultano più abbondanti nelle zone di circolazione idrica attiva e nelle aree interessate dal passaggio turistico, indicando un collegamento diretto tra pressione antropica in superficie o in grotta e carico di particelle nei sedimenti.[5][1][4]
In questo contesto, un metodo automatizzato e riproducibile diventa essenziale per il monitoraggio routinario delle microplastiche nei sistemi carsici, dove è necessario elaborare grandi numeri di campioni (sedimenti, acque, fauna) in tempi compatibili con progetti di lungo periodo. La combinazione fra microplastiche nei sistemi carsici e strumenti di image processing consente di passare da pochi conteggi manuali a serie temporali e spaziali più dense, utili per la gestione ambientale delle grotte.[3][1]
Principio del metodo: fluorescenza UV, Nile Red e image processing
Il metodo di Giardino et al. si basa sulla fluorescenza delle particelle plastiche illuminate con luce UV a 365 nm, osservate su membrane filtranti in fibra di vetro. La presenza di additivi e la natura polimerica delle microplastiche fa sì che esse risultino distinguibili dal materiale minerale e organico di fondo, soprattutto quando si utilizzano condizioni controllate di acquisizione delle immagini.[3]
L’uso del colorante lipofilo Nile Red aumenta ulteriormente il contrasto, legandosi preferenzialmente ai materiali plastici e intensificandone la fluorescenza. Nello studio, la deviazione del conteggio automatizzato rispetto al conteggio visuale manuale scende da valori inferiori al 10% a circa l’8% con la colorazione, confermando il ruolo del Nile Red nel migliorare il rapporto segnale/rumore.[3]
L’algoritmo è implementato in Python e utilizza tecniche di image processing classico: conversione dello spazio colore, filtraggio del rumore, thresholding per isolare le particelle luminose, operazioni morfologiche per ripulire l’immagine binaria, segmentazione e misura delle dimensioni particellari. I parametri sono regolabili, permettendo di adattare il metodo a matrici diverse come sedimenti di grotta e acqua fluviale, entrambi testati nello studio originale.[2][3]
Prestazioni del metodo Giardino et al. e limiti nelle grotte
Le prove di validazione mostrano che l’algoritmo elabora ciascuna immagine in circa 10 secondi, con una deviazione media inferiore al 10% rispetto al conteggio eseguito da un operatore esperto. L’accuratezza migliora con l’uso di Nile Red, pur restando necessario un controllo manuale per i casi dubbi e per la calibrazione iniziale.[3]
Il metodo copre un range dimensionale indicativo tra circa 5 mm e 0,4 mm, consentendo il conteggio della frazione più abbondante delle microplastiche visibili sui filtri in molte matrici ambientali. Per i sistemi carsici, ciò significa poter quantificare la maggior parte delle fibre e dei frammenti presenti nei sedimenti di grotta e nelle acque di infiltrazione, lasciando fuori solo le frazioni più fini e le nanoplastiche.[2][3]
Permangono alcuni limiti importanti: il metodo non fornisce identificazione del polimero, non rileva le particelle non fluorescenti e non sostituisce le analisi spettroscopiche come µFTIR o Raman quando serve la caratterizzazione chimica. Inoltre, parte delle microfibre naturali e rigenerate, molto abbondanti nei sedimenti carsici, richiede comunque conferme spettroscopiche o protocolli dedicati per essere discriminate dalle fibre sintetiche.[1][4][2]
Dal metodo allo strumento: il software MUPL nei sistemi carsici
Lo script Python descritto nell’articolo ha dato origine al software MUPL (Microplastic Automated Particle Locator), sviluppato in collaborazione tra DISAT e DIATI del Politecnico di Torino. MUPL mantiene l’impostazione di image processing classico, con interfaccia user?friendly e parametri “tunable”, e non richiede dataset di addestramento come i metodi basati su deep learning.[4][1]
Nella ricerca “Microplastiche e Microfibre nei Sistemi Carsici”, MUPL è stato impiegato per analizzare sedimenti e acque di numerosi siti carsici italiani, tra cui Bossea, Toirano, Borgio Verezzi e il Carso classico. I risultati mostrano concentrazioni molto elevate in alcune grotte turistiche (fino a migliaia di items/kg nei sedimenti), con un gradiente spesso correlato alla frequentazione turistica e alle dinamiche idrologiche interne.[1][4]
In grotte inesplorate dell’Abruzzo, la combinazione di MUPL, microscopia fluorescente e µFTIR ha permesso di documentare microplastiche e microfibre in cavità mai visitate dall’uomo, dimostrando che i sistemi carsici intercettano e accumulano microparticelle trasportate dall’alto. In questo quadro, microplastiche nei sistemi carsici diventa una chiave di lettura non solo dell’impatto turistico, ma anche della connettività tra superficie e sottosuolo.[6][1]
Microplastiche nei sistemi carsici: confronto con altri metodi
Nel panorama dei metodi per lo studio delle microplastiche nei sistemi carsici, l’approccio di Giardino et al. occupa una posizione intermedia tra conteggio visuale e spettroscopia avanzata. µFTIR mapping e Raman microscopy forniscono identificazione dei polimeri e risoluzioni spinte fino al micrometro, ma sono lenti, costosi e richiedono strumentazione specializzata. Metodi basati su deep learning applicati alla microscopia generano classificazioni raffinate, ma necessitano di ampi dataset di addestramento e competenze avanzate di programmazione.[7][8][5]
Il metodo di image processing UV/Nile Red integrato in MUPL offre un compromesso adatto al monitoraggio routinario: tempi brevi, uso di attrezzature diffuse (camera, sorgente UV, software open?source) e possibilità di analizzare numerosi filtri con lo stesso protocollo. L’integrazione con µFTIR?ATR, già utilizzata negli studi sulle grotte turistiche e sulle grotte inesplorate, consente di usare MUPL come primo filtro quantitativo, riservando le tecniche spettroscopiche alla verifica chimica di sottocampioni selezionati.[5][4][1][3]
Implicazioni per la speleologia e la conservazione degli acquiferi carsici
L’applicazione del metodo di Giardino et al. e del software MUPL nei sistemi carsici ha avuto un impatto diretto sulla comprensione del ruolo delle grotte come trappole di microparticelle. I sedimenti di grotta risultano veri e propri archivi di inquinamento da microplastiche nei sistemi carsici, con concentrazioni che possono superare di ordini di grandezza quelle misurate nelle acque sotterranee.[4][5][1]
Per la speleologia, microplastiche nei sistemi carsici significa oggi confrontarsi con un indicatore misurabile di pressione antropica che si somma alle criticità già note legate a dispendio idrico, inquinanti chimici e impatto turistico. I protocolli anti?contaminazione adottati durante il campionamento e l’uso di metodi automatizzati come MUPL diventano parte integrante delle pratiche di ricerca in grotta, al pari delle misure idrologiche e geochimiche.[9][6][1]
Dal punto di vista della gestione, gli acquiferi carsici contaminati da microplastiche sollevano interrogativi sulla qualità dell’acqua destinata al consumo umano e sulla conservazione degli habitat stygobiotici, nei quali sono già state documentate microplastiche nel sistema digerente di crostacei endemici. In questo scenario, la disponibilità di un metodo rapido e replicabile per il conteggio delle microplastiche nei sistemi carsici rappresenta un supporto concreto per programmi di monitoraggio a scala regionale e nazionale.[5][1]
Giardino, M., Balestra, V., Janner, D., & Bellopede, R. (2023). Automated method for routine microplastic detection and quantification. Science of The Total Environment, 859, 160036.[50]http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160036
Fonti
[1] Microplastiche e Microfibre nei Sistemi Carsici – Scintilena https://www.scintilena.com/microplastiche-e-microfibre-nei-sistemi-carsici-nella-tesi-di-dottorato-di-valentina-balestra/01/29/
[2] Automated method for routine microplastic detection and quantification https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969722071364
[3] Automated method for routine microplastic detection and quantification https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36379342/
[4] Microplastics in caves: A new threat in the most famous geo-heritage … https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479723009775
[5] Cave sediment sequesters anthropogenic microparticles (including microplastics and modified cellulose) in subsurface environments – PubMed https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37302590/
[6] Microplastiche in Grotte Inesplorate: Studio Inedito Rivela … https://www.scintilena.com/microplastiche-in-grotte-inesplorate-studio-inedito-rivela-inquinamento-nel-continente-buio-abruzzese-2/08/24/
[7] Automated Machine-Learning-Driven Analysis of … https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044591/
[8] Recent advances on the methods developed for the … https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2023/ra/d3ra05420a
[9] Microplastiche nelle grotte turistiche italiane: una nuova … – Scintilena https://www.scintilena.com/microplastiche-nelle-grotte-turistiche-italiane-una-nuova-minaccia-per-il-patrimonio-geologico-mondiale/08/17/
[10] 01-Introduzione-alla-speleologia.ppt.txt https://ppl-ai-file-upload.s3.amazonaws.com/web/direct-files/collection_08c39ce1-fb5a-4696-a8a1-73d261c2e891/86d36e7b-fb33-423c-9ed5-5859bb837351/01-Introduzione-alla-speleologia.ppt.txt
[11] 02-Evoluzione-speleo-italia.ppt.txt https://ppl-ai-file-upload.s3.amazonaws.com/web/direct-files/collection_08c39ce1-fb5a-4696-a8a1-73d261c2e891/35124a74-892b-451f-9c91-aa405245406d/02-Evoluzione-speleo-italia.ppt.txt
[12] 03-Speleologia-e-ricerca-scientifica.ppt.txt https://ppl-ai-file-upload.s3.amazonaws.com/web/direct-files/collection_08c39ce1-fb5a-4696-a8a1-73d261c2e891/2e8b1d27-c01e-4793-9b8a-e405da6de545/03-Speleologia-e-ricerca-scientifica.ppt.txt
[13] Programma degli interventi del Congresso Hypogea 2023 https://www.scintilena.com/programma-degli-interventi-del-congresso-hypogea-2023/09/19/
[14] L’Edizione di Settembre 2023 di ‘Sopra e Sotto il Carso’ È … https://www.scintilena.com/ledizione-di-settembre-2023-di-sopra-e-sotto-il-carso-e-ora-disponibile-online/10/03/
[15] Grotte su Marte e sulla Luna: L’Esospeleologia Apre la … https://www.scintilena.com/grotte-su-marte-e-sulla-luna-lesospeleologia-apre-la-strada-allesplorazione-sotterranea-dello-spazio/08/14/
[16] Vincitore del Premio UIS France Habe 2023 – Scintilena https://www.scintilena.com/vincitore-del-premio-uis-france-habe-2023/11/07/
[17] Microfibre inquinanti nei sistemi carsici: una nuova minaccia da … https://www.scintilena.com/microfibre-inquinanti-nei-sistemi-carsici-una-nuova-minaccia-da-monitorare/06/01/
[18] I pipistrelli nei dialetti italiani – Scintilena https://www.scintilena.com/i-pipistrelli-nei-dialetti-italiani/01/04/
[19] Microfibre nei sistemi carsici: una nuova fonte di inquinamento da … https://www.scintilena.com/microfibre-nei-sistemi-carsici-una-nuova-fonte-di-inquinamento-da-tenere-docchio/07/09/
[20] Le miniere abbandonate della Majella: situazione attuale, … https://www.scintilena.com/doppio-appuntamento-in-abruzzo-le-miniere-abbandonate-della-majella-situazione-attuale-nuove-scoperte-e-prospettive-future/03/08/2/
[21] Rivoluzionario Numero Speciale su Microplastiche e Microfibre … https://www.scintilena.com/rivoluzionario-numero-speciale-su-microplastiche-e-microfibre-negli-ambienti-acquatici/08/20/
[22] Scoperta la più grande ragnatela del mondo in una grotta sulfurea https://www.scintilena.com/una-metropoli-di-ragni-in-una-grotta-sulfurea-scoperta-la-piu-grande-tela-ragnatela-mai-documentata/11/06/
[23] Nuovo Studio Rivela Inquinamento da Microplastiche in Sistema … https://www.scintilena.com/nuovo-studio-rivela-inquinamento-da-microplastiche-in-sistema-carsico-della-bosnia-erzegovina/10/28/
[24] Le ipotesi sull’esistenza di una vita intelligente all’interno … https://www.scintilena.com/capitolo-3-le-ipotesi-sullesistenza-di-una-vita-intelligente-allinterno-della-terra/01/03/
[25] Automated method for routine microplastic detection and quantification https://digitalcommons.usf.edu/kip_articles/10275/
[26] [PDF] Advances in machine learning for the detection and characterization … https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2025.1573579/pdf
[27] Interlaboratory Comparison Reveals State of the Art in Microplastic Detection and Quantification Methods – PubMed https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40245083/
[28] In-flow single particle detection of sub-100 micron … https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12424377/