RELAZIONE DEL I ANNO DI DOTTORATO DI RICERCA IN SCIENZE CHIMICHE XVIII CICLO
A. M. DATTILO
Le linee di ricerca condotte durante il primo anno di dottorato di ricerca vertono sulla
caratterizzazione ottica dell’ecosistema acquatico e sulla risposta di alcuni organismi viventi a
perturbazioni di tipo elettromagnetico non ionizzante.
Caratterizzazione dell’ecosistema: gli ecosistemi acquatici che sono stati oggetto di studio
hanno caratteristica comune di appartenere a quella classe di sistemi ecologici composti da
ampie zone umide, con specchio d’acqua e composizione chimica variabile stagionalmente e
spazialmente. Il rilascio della materia organica disciolta, l’interazione della radiazione solare
con il corpo d’acqua e quindi con le specie chimica in esso presenti, le forzanti meteorologiche,
il continuo variare dello specchio d’acqua nel corso dell’anno sono alcuni dei fattori
fondamentali che determinano, per l’ecosistema, la variabilità dei principali parametri chimico
fisici nel tempo e nello spazio. Sono state eseguite campagne di misure in ecosistemi acquatici
situati a differenti latitudini e aventi caratteristiche fisiche e idrografiche differenti: in italia
sono stati investigati l’ecosistema acquatico di Montepulciano (Siena) e del Salto (Rieti). Il
primo è caratterizzato da una estensione di qualche km2 e una profondità massima di qualche
metro; questo fa si che il volume d’acqua risenta fortemente delle condizioni meteorologiche e
nei casi in cui il moto ondoso è tale da interagire con il fondale la massa d’acqua subisce
notevoli variazioni dei parametri di torbidità, fluorescenza, ossigeno, temperatura, pH, etc.
Le caratteristiche limnologiche del lago fanno si che nei primi centimetri di acqua si ha forte
estinzione della radiazione solare, sia nello spettro UV che nello spettro visibile.
Il lago presente all’interno dell’ecosistema del Salto ha caratteristiche fisiche differenti: la
profondità massima è di circa 90 m e le zone limitrofe al lago non sono fortemente sfruttate a
livello agricolo come nel caso del lago di Montepulciano. Per il lago del Salto l’immissione di
materia è confinata ad una regione limitata del lago (presenza di un immissario), mentre nel
caso di Montepulciano tutta la zona circoscritta allo specchio d’acqua è fonte di immissione di
materiale (dilavamento del terreno fortemente coltivato). Ciò comporta una immissione di
sostanze, chimiche e non, nettamente differente nei due casi, che produce diversa trasparenza
delle acque e diverse concentrazione di materia organica disciolta (DOM), fondamentale per
l’estinzione della radiazione UV ad onda corta nel corpo d’acqua. Ne risulta che nel lago del
Salto la trasmissione della radiazione solare lungo la colonna d’acqua si protrae fino in
profondità (il 1% della radiazione visibile arriva oltre dieci metri). Nei due laghi l’estinzione
della radiazione in acqua viene eseguita mediante l’uso di spettrofotometri ad immersione, le
caratteristiche chimico fisiche dell’acqua vengono misurate con sonde multiparametriche.
Stessa metodologia di indagine per la misura della radiazione solare in acqua e delle principali
grandezze chimico fisiche in acqua è stata eseguita in alcune baie della zona Nord del lago
Vittoria (Uganda). La posizione geografica del lago implica
condizioni meteorologiche
nettamente diverse da quelle presenti in Italia. La radiazione solare risulta notevolmente
maggiore, con valori di radiazione PAR e ultravioletta sensibilmente al di sopra di quelli
misurati alle nostre latitudini. La presenza della materia organica disciolta è assicurata dal suo
continuo rilascio da parte della vegetazione costituente la zona umida limitrofa al lago,
composta da distese galleggianti di papiro, di notevole importanza per preservare la
biodiversità dell’ecosistema. In anni recenti l’antropizzazione crescente e la conversione di
alcune zone forestali a ridosso del lago in zone adibite alla coltivazione ha prodotto la
sistematica diminuzione della zona umida, e quindi la diminuzione nel rilascio di materia
(concentrazione di DOM in diminuzione) nelle acque. In uno scenario futuro ciò potrebbe
causare l’aumento della radiazione ad onda corta lungo la colonna d’acqua con la possibilità di
forte interazione con la comunità biotica ivi presente e conseguente ripercussione sulla catena
trofica (ciò comporterebbe un notevole danno economico se si pensa che gran parte degli
introiti della comunità autoctone trova sostentamento nella pesca).
Effetti su esseri viventi:
l’indagine sullo stato di salute di un ecosistema non può essere priva dell’aspetto che riguarda
l’interazione dell’ambiente sugli organismi in esso presente. In particolare si è focalizzata
l’attenzione sull’interazione tra la radiazione solare entrante nell’ecosistema acquatico e alcune
specie acquatiche caratteristiche dell’ecosistema. A tale scopo sono stati allestiti delle strutture
(mesocosmi) atte a contenere un volume d’acqua di circa 7000 litri, posizionate in campo
(all’incirca al centro del lago di Montepulciano) all’interno delle quali si vuole studiare gli effetti
della radiazione solare sulla dinamica di sviluppo degli organismi ivi presenti. Per la rivelazione
degli effetti viene eseguito un monitoraggio in continuo dei principali parametri chimico fisici
(temperatura, ossigeno, potenziale redox, pH) all’interno dei mesocosmi. Per la misura delle
grandezze meterologiche in aria è stata costruita una centralina meteorologica in grado di
fornire misure di radiazione PAR e UV incidente, di intensità e direzione del vento, temperatura
e umidità.
Sono stati condotti, a tal proposito, degli esperimenti preliminari per avere una stima degli
effetti della radiazione ultravioletta sulla mortalità di una specie di zooplancton. In laboratorio
sono stati allestiti dei microcosmi atti a contenere i campioni di zooplancton e irradiando con
un opportuno sistema di lampade si sono osservati gli effetti di mortalità sugli organismi in
sviluppo, in due differenti stadi del ciclo vitale. Il risultato è stato un valore di dose di
radiazione tale da produrre mortalità del 50% nei campioni nettamente differente nei diversi
stadi di crescita. Ulteriore indagine verrà eseguita per la ricerca delle lunghezze d’onda che
effettivamente producono una azione biologica sulla mortalità. Tale conoscenza verrà utilizzata
in campo per schermare opportunamente la radiazione solare in modo da poter produrre
differenti regimi radiativi all’interno dei mesocosmi e osservare gli effetti sugli organismi
viventi in essi contenuti.
Attualmente sono in corso degli esperimenti di laboratorio per l’osservazione degli effetti di
diverse concentrazioni di DOM sulla dinamica di sviluppo di organismi viventi acquatici. Ciò
potrebbe evidenziare l’equilibrio fra concentrazione di DOM e quantità di radiazione, equilibrio
necessario per la determinazione delle condizioni favorevoli o sfavorevoli alla presenza di
organismi viventi nel lago In tale contesto, quindi, risulterebbe evidente l’importanza della
preservazione delle aree sorgenti di materia organica disciolta, ossia delle zone umide
all’interno degli ecosistemi acquatici.
