Gli ultimi 10 anni hanno visto un'impennata nell'uso di minuscole sostanze chiamate nanomateriali in prodotti agrochimici come pesticidi e fungicidi. L'idea è quella di fornire una maggiore protezione dalle malattie e migliori rese per le colture, riducendo al contempo la quantità di tossine irrorate sui campi agricoli.

Ma se combinato con il deflusso di nutrienti da terreni coltivati ​​fertilizzati e pascoli pieni di letame, questi "nanopesticidi" potrebbero anche significare più focolai di alghe tossiche per i torrenti vicini, laghi e zone umide, trova un nuovo studio.

I risultati compaiono il 25 giugno sulla rivista Applicazioni ecologiche .

Troppo piccolo per vedere con tutti tranne i microscopi più potenti, i nanomateriali ingegnerizzati sono sostanze fabbricate con un diametro inferiore a 100 nanometri, molte volte più piccolo di un capello.

La loro nanoscala conferisce loro proprietà chimiche e fisiche diverse dalle loro controparti sfuse, inclusa una superficie maggiore per le reazioni e le interazioni.

Tali interazioni potrebbero intensificare le fioriture algali dannose nelle zone umide, secondo gli esperimenti condotti da Marie Simonin, un associato post-dottorato con la professoressa di biologia Emily Bernhardt alla Duke University.

Nanotubi di carbonio e minuscole particelle d'argento, il biossido di titanio e altri metalli sono già stati aggiunti a centinaia di prodotti commerciali per rendere tutto più veloce, elettronica più leggera, tessuti autopulenti, e imballaggi alimentari più intelligenti in grado di monitorare il deterioramento degli alimenti. Sono anche utilizzati nelle aziende agricole per fertilizzanti e pesticidi vegetali a rilascio lento o controllato e consegna più mirata, e perché sono efficaci a dosi inferiori rispetto ai prodotti convenzionali.

Queste e altre applicazioni hanno generato un enorme interesse e investimenti nei nanomateriali. Tuttavia i potenziali rischi per la salute umana o per l'ambiente non sono completamente compresi, ha detto Simonin.

La maggior parte dei 260, da 000 a 309, 000 tonnellate di nanomateriali prodotti in tutto il mondo ogni anno vengono infine smaltite in discariche, secondo uno studio precedente. Ma del resto, fino a 80, 400 tonnellate all'anno vengono rilasciate nel suolo, e fino a 29, 200 tonnellate finiscono in corpi idrici naturali.

"E questi contaminanti emergenti non finiscono solo nei corpi idrici, " Simonin ha detto. "Probabilmente si verificano con il deflusso dei nutrienti. Ci sono probabilmente più fattori di stress che interagiscono".

Le epidemie di alghe già affliggono le acque inquinate in tutto il mondo, ha detto Steven Anderson, un analista di ricerca nel Bernhardt Lab della Duke e uno degli autori della ricerca.

L'inquinamento da azoto e fosforo si fa strada nelle zone umide e nei corsi d'acqua sotto forma di deflusso agricolo e acque reflue non trattate. I nutrienti eccessivi fanno sì che le alghe crescano senza controllo, creando uno spesso strato di schiuma verde o melma sulla superficie dell'acqua che impedisce alla luce solare di raggiungere altre piante.

Queste "fioriture" alimentate da nutrienti alla fine riducono i livelli di ossigeno al punto in cui i pesci e altri organismi non possono sopravvivere, creando zone morte nell'acqua. Alcune fioriture di alghe rilasciano anche tossine che possono far ammalare gli animali domestici e le persone che le ingeriscono.

Per scoprire come gli effetti combinati del deflusso dei nutrienti e della contaminazione da nanoparticelle influenzerebbero questo processo, chiamata eutrofizzazione, i ricercatori hanno allestito 18 serbatoi separati da 250 litri con fondali inclinati sabbiosi per imitare le piccole zone umide.

Ogni serbatoio a cielo aperto era riempito d'acqua, suolo e una varietà di piante e animali delle zone umide come alghe e pesci zanzara.

Nel corso dell'esperimento di nove mesi, alcuni serbatoi ricevevano una dose settimanale di nitrati e fosfati che promuovono le alghe come quelli che si trovano nei fertilizzanti, alcuni serbatoi hanno nanoparticelle, rame o oro, e alcuni serbatoi hanno entrambi.

Lungo il percorso i ricercatori hanno monitorato la chimica dell'acqua, crescita e metabolismo di piante e alghe, e l'accumulo di nanoparticelle nei tessuti vegetali.

"I risultati sono stati sorprendenti, " ha detto Simonin. Le nanoparticelle hanno avuto piccoli effetti individualmente, ma quando aggiunto insieme a sostanze nutritive, anche basse concentrazioni di nanoparticelle di oro e rame utilizzate nei fungicidi e in altri prodotti hanno trasformato l'acqua, un tempo limpida, in un torbido color zuppa di piselli, la sua superficie era ricoperta da stuoie di alghe galleggianti verde brillante e maleodoranti.

Nel corso dell'esperimento, le grandi fioriture algali erano più di tre volte più frequenti e più persistenti nei serbatoi in cui le nanoparticelle e i nutrienti venivano aggiunti insieme rispetto a quelli in cui i nutrienti venivano aggiunti da soli. La crescita eccessiva delle alghe ha anche ridotto l'ossigeno disciolto nell'acqua.

Non è ancora chiaro come l'esposizione alle nanoparticelle sposti il ​​delicato equilibrio tra piante e alghe mentre competono per i nutrienti e altre risorse. Ma i risultati suggeriscono che le nanoparticelle e altre "sostanze chimiche sintetiche a base di metalli potrebbero svolgere un ruolo sottovalutato nelle tendenze globali di crescente eutrofizzazione, " hanno detto i ricercatori.