Sostanze chimiche xenobiotiche

La presenza di sostanze nel suolo che non sono prodotte naturalmente da specie biologiche è di grande preoccupazione per l’opinione pubblica. Molte di queste cosiddette sostanze chimiche xenobiotiche (dal greco xenos, “straniero” e bios, “vita”) sono state trovate cancerogene o possono accumularsi nell’ambiente con effetti tossici sugli ecosistemi (vedi la tabella dei principali inquinanti del suolo). Sebbene l’esposizione umana a queste sostanze avvenga principalmente attraverso l’inalazione o l’acqua potabile, i terreni svolgono un ruolo importante perché influenzano la mobilità e l’impatto biologico di queste tossine.

The abundance of xenobiotic compounds in soil has been increased dramatically by the accelerated rate of extraction of minerals and fossil fuels and by highly technological industrial processes. La maggior parte dei metalli sono stati tipicamente trovati a concentrazioni totali molto basse in acque incontaminate—per questo motivo sono spesso indicati come metalli in traccia. I rapidi aumenti delle concentrazioni di metalli in tracce nell’ambiente sono comunemente associati allo sviluppo di tecnologie di sfruttamento. Questo tipo di cambiamento improvviso espone la biosfera a un rischio di destabilizzazione, poiché gli organismi che si sono sviluppati in condizioni con basse concentrazioni di un metallo presente non hanno sviluppato percorsi biochimici in grado di disintossicare quel metallo quando è presente ad alte concentrazioni. La stessa linea di ragionamento si applica ai composti tossici organici.

I meccanismi alla base della tossicità dei composti xenobiotici non sono completamente compresi, ma esiste un consenso sull’importanza dei seguenti processi per le interazioni di metalli tossici con molecole biologiche: (1) spostamento da un metallo tossico di una sostanza nutritiva minerale (per esempio, il calcio) legato a una molecola, (2) complessazione di un metallo tossico con una molecola che blocca efficacemente la biomolecola dalla partecipazione alla biochimica di un organismo, e (3) la modifica della conformazione di una molecola che è fondamentale per la sua funzione biochimica. Tutti questi meccanismi sono legati alla formazione complessa tra un metallo tossico e una biomolecola. Suggeriscono che i formatori complessi forti hanno maggiori probabilità di indurre tossicità interferendo con la normale chimica delle biomolecole.

Non tutti gli inquinanti del suolo sono composti xenobiotici. I problemi di produzione delle colture in agricoltura si incontrano quando l’eccesso di salinità (accumulo di sale) si verifica nei terreni in climi aridi dove il tasso di evaporazione supera il tasso di precipitazione. Quando il terreno si asciuga, gli ioni rilasciati dagli agenti atmosferici minerali o introdotti dalle acque sotterranee saline tendono ad accumularsi sotto forma di carbonato, solfato, cloruro e minerali argillosi. Poiché tutti i sali Na+ (sodio) e K+ (potassio) e molti Ca2+ (calcio) e Mg2+ (magnesio) di cloruro, solfuro e carbonato sono facilmente solubili, è questo insieme di ioni metallici che contribuisce maggiormente alla salinità del suolo. A concentrazioni sufficientemente elevate, i sali rappresentano un rischio di tossicità da Na+, HCO3− (bicarbonato) e Cl – (cloruro) e interferiscono con l’assorbimento di acqua da parte delle piante dal suolo. La tossicità da B (boro) è anche comune a causa dell’accumulo di minerali contenenti boro in ambienti aridi del suolo.

L’uso prolungato di una risorsa idrica per l’irrigazione di terreni agricoli in una regione arida richiede che l’acqua applicata non danneggi l’ambiente del suolo. Le acque di irrigazione sono anche soluzioni saline; a seconda della loro particolare fonte e del trattamento postwithdrawal, i particolari sali presenti nelle acque di irrigazione potrebbero non essere compatibili con l’insieme di minerali presenti nei terreni. L’utilizzo delle colture di acqua e fertilizzanti ha l’effetto di concentrare i sali nel terreno; di conseguenza, senza un’attenta gestione i terreni irrigati possono diventare salini o sviluppare tossicità. Un esempio diffuso di rischio di tossicità indotto dall’irrigazione è l’accumulo di NO3 (nitrato) nelle acque sotterranee causato dall’eccesso di lisciviazione di fertilizzanti azotati attraverso il suolo agricolo. I neonati umani che ricevono acque sotterranee ad alto contenuto di nitrati come acqua potabile possono contrarre la metaemoglobinemia (”sindrome del bambino blu”) a causa della trasformazione di NO3 in NO2 tossico (nitrito) nel tratto digestivo. Il trattamento costoso delle acque sotterranee è attualmente l’unico rimedio possibile quando si presenta questo problema.