Aumentare la contaminazione degli ecosistemi marini da metalli come il mercurio, cadmio, cromo e nichel è una preoccupazione ambientale globale, perché elevate concentrazioni di metalli possono rappresentare un pericolo per gli organismi marini, e gli esseri umani che possono consumare frutti di mare contaminati. Fissare criteri di qualità dell'acqua (WQC) per i metalli (cioè, limiti di sicurezza ambientale) è un passaggio essenziale per la valutazione e la regolazione dei livelli di rischio nell'ambiente marino, e quindi offrendo protezione agli organismi marini e all'integrità dell'ecosistema.

Attualmente, l'attuale metodo per derivare il WQC dei metalli in Australia, L'Europa e il Nord America si basano principalmente su dati di laboratorio generati conducendo test di tossicità con organismi marini in condizioni di laboratorio fisse (ad es. una combinazione fissa di temperatura e salinità). Tale WQC derivato da laboratorio potrebbe non essere protettivo per gli ecosistemi marini perché le condizioni ambientali nell'ambiente naturale sono spesso molto diverse da quelle dell'ambiente di laboratorio. In realtà, le condizioni ambientali variano tra le diverse regioni geografiche (es. tropici vs regioni temperate); anche nella stessa regione, le condizioni ambientali come la temperatura dell'acqua e la salinità cambiano stagionalmente. Tali cambiamenti possono influenzare sostanzialmente la tossicità dei metalli per gli organismi marini.

Nell'ultimo decennio, gli scienziati ambientali hanno cercato un modo per prevedere la tossicità dei metalli e ricavare il loro WQC per proteggere la biodiversità e l'integrità degli ecosistemi marini con diverse condizioni ambientali. Questo compito è estremamente importante per la protezione dell'ambiente.

Professor Kenneth Leung, Il vicedirettore della Scuola di Scienze Biologiche e Scienziato dello Swire Institute of Marine Science di HKU e collaboratori internazionali hanno affrontato insieme questo problema globale. Il team ha trascorso tre anni a sviluppare un nuovo modello empirico per stimare le tossicità e derivare il WQC per metalli e metalloidi in ambienti marini costieri con regimi di temperatura e salinità variabili. Il loro metodo si basa su un'integrazione delle distribuzioni di sensibilità delle specie (SSD) basate sulla temperatura e sulla salinità con il modello QICAR (QICAR) mentre parti dei risultati del loro modello sono convalidate con dati empirici. Il team ha anche analizzato i dati ambientali in tempo reale della temperatura e della salinità della superficie del mare in diverse parti del mondo e ha applicato il proprio modello per derivare WQC sito-specifico provvisorio per più di 30 metalli e metalloidi.

Il team di ricerca ha utilizzato i big data e ha sviluppato il nuovo modello per prevedere le tossicità dei metalli e ricavare il loro WQC specifico per il sito negli ambienti marini di tutto il mondo. Questa importante novità è stata pubblicata sull'ultimo numero della rivista internazionale Scienze e tecnologie ambientali .

I risultati indicano che la tossicità dei metalli per gli organismi marini generalmente aumenta con l'aumento della temperatura dell'acqua di mare, ma le tossicità del metallo risultano essere le più basse ad una salinità ottimale e aumentano quando la salinità aumenta o diminuisce dalla salinità ottimale. Se un WQC di un metallo è derivato da un esperimento di laboratorio condotto a temperatura e salinità ottimali, è improbabile che un tale WQC sia protettivo per gli organismi marini che vivono in un ambiente con temperatura più elevata e salinità inferiore.

I risultati suggeriscono anche che le specie marine che vivono nelle acque più calde della regione tropicale (tra cui Hong Kong e la Cina meridionale) sono più suscettibili alle tossicità dei metalli rispetto alle loro controparti temperate. Molti governi in Asia come Hong Kong e Corea spesso utilizzano dati sulla tossicità temperata per derivare il WQC o adottano direttamente il WQC generato dall'Europa e dal Nord America, ma tali usi surrogati di informazioni temperate per proteggere gli ecosistemi marini tropicali pongono un'elevata incertezza nel margine di sicurezza.

Il nuovo metodo sviluppato dal team migliorerà notevolmente la gestione di metalli e metalloidi negli ambienti marini costieri di tutto il mondo, poiché le autorità ambientali possono utilizzare questo metodo per derivare WQC sito-specifici provvisori per facilitare una migliore protezione dell'ecosistema tenendo conto delle condizioni ambientali specifiche e delle potenziali influenze del cambiamento climatico globale.

Il professor Wu Fengchang ha dichiarato:"Il professor Kenneth Leung e il suo team alla HKU hanno già rivelato i profili di tossicità dipendenti dalla temperatura e dalla salinità di vari inquinanti e hanno prodotto i relativi set di dati empirici, mentre il nostro team di CRAES è bravo a modellare quantitativamente la relazione struttura-attività per le tossicità dei metalli. Le nostre conoscenze e competenze complementari sono un prerequisito per il successo di questo progetto collaborativo. Siamo molto felici di lavorare insieme".

Il professor Wu ritiene inoltre che i risultati di questo studio saranno di enorme beneficio nel derivare il WQC dei metalli per diverse parti degli ambienti marini in Cina e oltre.

Il professor Kenneth Leung ha dichiarato:"A Hong Kong, la salinità nelle acque marine occidentali è relativamente bassa a causa dello scarico di acqua dolce dal Pearl River, considerando che la salinità nelle acque orientali è costantemente elevata a causa dell'influenza dominante delle correnti oceaniche dell'Oceano Pacifico e del Mar Cinese Meridionale. Considerando tali differenze di salinità, il metodo sviluppato dal team può essere facilmente applicato per derivare WQC sito-specifico provvisorio di metalli per consentire una migliore protezione degli ecosistemi marini orientali e occidentali di Hong Kong, rispettivamente."

"Il nostro nuovo metodo non solo consente a diversi paesi di derivare WQC di metalli specifici per sito per salvaguardare i loro ambienti marini, porterà anche benefici socioeconomici alle società di tutto il mondo. È perché possiamo ridurre il numero di test di tossicità, utilizzare meno prodotti chimici nei test, uccidere meno animali, e risparmiare notevolmente tempo e denaro per condurre tali test." ha aggiunto il professor Leung.

Il team di ricerca studierà ulteriormente l'influenza della materia organica disciolta e sospesa sulla tossicità dei metalli nell'acqua di mare, al fine di migliorare il loro modello. Utilizzeranno anche dati di monitoraggio sul campo delle concentrazioni di metalli e della biodiversità marina per convalidare il loro WQC provvisorio derivato in diversi corpi idrici.