Dendrochimica

La forestale è un metodo biomonitoraggio della ambiente sulla base del fatto che gli anelli di crescita dell'albero hanno a loro formazione registrato parte del inquinamento dell'ambiente. Alcuni di questi inquinanti non sono degradabili (metalli pesanti e metalloidi) o hanno una lunga durata; possono essere assorbiti dall'albero in forma gassosa, particellare e / o disciolta (cioè ionica); Il legno vivo (poi morto) assorbe e immagazzina parte dei metalli e dei minerali che l'albero ha catturato nell'acqua, nell'aria e / o nel suolo che lo nutrono per tutta la sua vita, attraverso le sue radici e foglie., E in misura minore attraverso il corteccia e il suber . Questo ceppo interno si forma in quantità maggiori o minori a seconda della specie e dell'età dell'albero e del contesto ambientale.
Nelle zone da fredde a temperate , durante il periodo di crescita dell'albero (a volte diversi secoli), ogni anno viene prodotto un nuovo anello, che assorbe e trattiene alcuni dei minerali e degli inquinanti catturati dall'albero durante l'anno. (E nei mesi precedenti tramite la corteccia). Tranne che in poche specie, nel legno di un albero vivo e sano o nel legno secco di una vecchia trave o tavola, questi prodotti migrano molto poco da un anello all'altro, o anelli già formati. Verso il suber o la corteccia, il che rende le occhiaie un archivio ambientale potenzialmente sfruttabile anni o millenni dopo la loro formazione.

Questioni ambientali e di salute pubblica

Abbaiare

La corteccia degli alberi assorbe e accumula vari contaminanti (dalla deposizione umida e secca).

Questa proprietà è stata utilizzata con successo da numerosi studi di contaminazione, anche in ambienti aridi (es: in Giordania dove era disponibile la corteccia di cipresso ( Cupressus sempervirens ).

La corteccia spesso riflette molto bene la contaminazione locale dell'ambiente da parte di un inquinante (quindi Heichel e Hankin, 1972) hanno dimostrato che la composizione isotopica del piombo microparticolato integrato nella corteccia era identica a quella dell'additivo di piombo nella benzina. Secondo Barnes et al. (1976), i metalli sono più concentrati negli strati superficiali dell'esterno della corteccia, rispetto agli strati interni della corteccia. E il contenuto può anche variare a seconda dell'altezza lungo lo stelo o il tronco.

A seconda del tipo di corteccia (che varia molto a seconda dell'età e della specie) il livello di particelle presenti sulla corteccia varia notevolmente (ad esempio di un fattore da 1 a 10 in sole 7 specie testate nella cuvetta Grenoble in Francia); In questo contesto, il pioppo nero ( Populus nigra ) conteneva il maggior numero e Paulownia ( Paulownia imperialis ) il Mickaël Catinon meno noto nel 2010.

Suber

Il suber è la parte vivente più esterna della corteccia e dell'albero.
È anche il tessuto generalmente più contaminato, in particolare perché contiene (da diversi decenni) i metalli assorbiti dalle radici e dalle foglie ... oltre a una parte di quelli che si depositano sulla corteccia (più o meno naturalmente acida) a seconda della specie o acidificato dall'inquinamento atmosferico).

Una corteccia naturalmente acida (o acidificata da SOx e / o NOx) rende i metalli che incontra più biodisponibili, anche per subirli. Un esperimento consistente nell'esposizione di un albero di abete rosso alla fumigazione di zolfo (sotto forma di SO2 , un inquinante comune nell'aria nelle zone di combustione di idrocarburi fossili, combustibili pesanti e combustibili diesel in particolare) ha mostrato che lo zolfo si accumula facilmente nella corteccia e può quindi acidificarlo fortemente (producendo acido solforico (H 2 SO 4 ), la maggior parte del quale reagirà con il calcio per formare gesso (CaSO 4 ). Kreiner & Härtel nel 1986 hanno concluso da questo esperimento che la conduttanza e il contenuto di solfato degli estratti di corteccia rappresentare e memorizzare un'integrazione di zolfo antropogenico che copre un periodo "considerevole".

La tesi di Mickael Catinon (2010) ha dimostrato che su rami e cortecce, i depositi atmosferici asciutti e umidi influenzano direttamente il contenuto di contaminanti del suber sottostante, ma con una cronologia sfalsata, perché la deposizione superficiale è in realtà un "  Ecosistema costruito su un biotopo alimentato congiuntamente dall'atmosfera e dall'albero stesso ", comprendente" una fase vivente riviviscente e in parte fotosintetica  "  ; esso e inoltre periodicamente dilavato e spostato dalla pioggia e dal deflusso delle acque meteoriche. Il suber sottostante tuttavia assorbirà e immagazzinerà, e quindi “memorizzerà” parte di questo deposito.

Legno

Se i metalli tossici sembrano fissarsi rapidamente nel legno e in questi anelli (fino a quando il legno non si è decomposto), questo non è il caso dei cationi di micronutrienti vitali come: Ca, Mg, Mn e K che si trovano nella corteccia e negli anelli. , ma essendo molto meno "passivamente" registrato lì.

Sembrano in grado di ricircolare, ad esempio durante la maturazione dell'alburno in durame, e interferiscono molto di più con la vita dell'albero (tempo atmosferico, ferite, malattie, ecc.). L'interpretazione dendrochimica delle loro variazioni nel legno deve quindi rimanere molto attenta.

Storia scientifica

Questo modo di tornare indietro nel tempo è stato sviluppato principalmente negli anni '70, quando ha dimostrato in particolare che la benzina con piombo lasciava tracce annuali nel legno. Era incoraggiato dal fatto che gli alberi sono presenti in gran parte del mondo, comprese le città, nei cortili delle scuole o nei giardini. La loro corteccia, suber o anelli possono registrare informazioni sul passato dell'albero e del suo ambiente, e lo stesso albero può essere utilizzato più volte nella sua vita. Il metodo sembra ideale per tracciare inquinanti non degradabili come metalli o metalloidi.

Il caso speciale del mercurio

Essendo altamente tossico , è interessante poter risalire all'inquinamento da questo metallo. Inoltre, il legno inquinato dal mercurio non deve essere bruciato o riscaldato, poiché l'inalazione dei vapori di mercurio è molto più tossica dell'ingestione di mercurio liquido .

Poiché il mercurio (Hg) è l'unico metallo liquido e volatile a temperatura ambiente sulla terra, si temeva che gli anelli degli alberi non potessero accumularlo o immagazzinarlo male; Tuttavia, dagli anni '90, sappiamo che questo metallo molto tossico può essere depositato e accumulato in alcune aree boschive e che lì il mercurio viene assorbito dagli alberi.
Nel 2014 è stato dimostrato che può essere ricercato e ritrovato negli anelli di pino dove è conservato, questo lavoro ha confermato che il livello di mercurio sta diminuendo in Nord America lungo un gradiente che va dalla costa alla costa. ng / g sulla costa della California, scendendo a 1,2 ng / g nell'entroterra del Nevada). Questo lavoro ha anche confermato che gli anelli di legno registrano anche gli effetti delle fonti locali di mercurio e un aumento delle concentrazioni globali nel tempo.

Uno studio (2010) condotto su aree contaminate e siti di riferimento (non contaminati) intorno a Kingston (Ontario) ha cercato il mercurio totale (HgT) in acero ( Acer spp.), Quercia ( Quercus spp.), Pioppi ( Populus spp.) E salici ( Salix spp.).
I livelli di HgT nella corteccia e nel legno erano fortemente correlati, a differenza delle concentrazioni nel suolo e nel legno. Le specie rivulari ( argini fluviali e boschi ripariali ) studiate (salici e pioppi in questo caso) presentavano i più alti livelli di mercurio nella corteccia e nel legno (fino a 18 ng / g, significativamente superiori a quelli degli alberi interni (querce e aceri) che non ha superato rispettivamente 7 e 1,2 ng / g di mercurio per la corteccia e il legno. Lo studio ha rilevato che i tronchi degli alberi non sono biomonitor. valori temporali per HgT, ma che specie come pioppi e salici "si mostrano promettenti come indicatori spaziali di contaminazione locale da mercurio a lungo termine ".

Altri studi hanno dimostrato una correlazione del contenuto di Hg delle occhiaie e dei licheni che vivono nelle vicinanze. Hanno permesso, con i pioppi, di ricostruire la variazione temporale della contaminazione di un sito da mercurio “acquatico” o hanno dimostrato che l'inquinamento da mercurio di miniere o fonderie è “memorizzato” dagli alberi.

La ricerca deve ancora chiarire la variazione nella sensibilità dei campioni di anelli degli alberi a seconda della specie e dell'età, come dati indiretti sulle concentrazioni di Hg nell'atmosfera. Secondo Whright & al; (2014) gli anelli degli alberi sono registratori passivi di mercurio atmosferico per lunghi periodi (diversi secoli, anche diversi millenni con una precisione di circa 5 anni per la datazione retrospettiva).

Condizioni di fattibilità

Tuttavia, a causa di alcuni fattori limitanti, l'uso della dendrochimica richiede diverse condizioni:

Quale scelta di specie?

Legno duro o legno tenero? Questi due tipi di alberi sono stati testati e utilizzati dalla dendrochimica.
Secondo Rasmussen (1978) i livelli di metalli integrati nelle cellule dell'albero sono più alti nella corteccia delle latifoglie che nelle conifere , ma all'interno di ogni gruppo alcune specie catturano meglio di altre metalli o altri inquinanti.

Gli anelli di crescita dell'abete rosso ( Picea abies L., una specie abbastanza diffusa sul pianeta) si sono dimostrati efficaci come potenziale archivio geochimico e storico, ad esempio per uno studio dell'inquinamento atmosferico da piombo. Tra il 1960 e il 1990 in 3 siti nella Repubblica Ceca. Gli abeti vicini alla fonte di inquinamento erano molto carichi di piombo, con una storia di inquinamento preservata dagli anelli di crescita, mentre gli abeti che vivevano a 150 km da aree inquinate in un parco nazionale erano totalmente "puliti" e lo studio ha dimostrato che in un'area delle torbiere ombrotrofiche (cioè alimentate dalla pioggia) il piombo geologico del substrato roccioso era quasi assente dallo xilema (altrimenti avrebbe potuto essere un fattore di confusione). E a 5 km dalle centrali elettriche a carbone , gli abeti rossi contenevano una grande proporzione di piombo (Pb) dal carbone, come mostrato dal suo rapporto isotopico (alto rapporto 206 Pb / 207 Pb di 1,19).

Usi dell'analisi delle occhiaie

Per gli storici

Picchi anomali di alcuni minerali (ad esempio fosforo) in antichi anelli di legno possono rivelare antiche esplosioni vulcaniche e aiutare a datarle più precisamente tramite la dendrocronologia , ad esempio per l'eruzione del Monte Hood, uno stratovulcano situato nel nord dello stato americano dell'Oregon. L'ultima eruzione della quale potrebbe essere datata al 1781

Ricostruire gli eventi di inquinamento delle acque superficiali

Poiché le radici degli alberi si nutrono in parte di acqua proveniente dalla falda freatica superficiale, anche la dendrochimica può tracciare l'inquinamento di queste falde acquifere. Può tracciare inquinanti diversi dai metalli. Ad esempio, i solventi clorurati sono stati quantificati anche in anelli di legno, in un ex sito industriale a Verl (Germania) per ricostruire il passato di contaminazione delle acque sotterranee, evidenziando tra il 1900 e il 2010 diversi episodi di inquinamento da solventi clorurati. Il cloro può anche provenire dal sale stradale. In caso di combustione di questa legna o di incendio, questo cloro può produrre diossine e furani.

Per bioindicazione

La dendrochimica è uno degli strumenti di bioindicazione generale, utilizzato ad esempio per ecologia retrospettiva, ecotossicologia, valutazione ambientale o in salute ambientale e bioindicazione, oltre al "fitoscreening" che gli interessa. Piuttosto a contaminazioni recenti (totali o parziali ) delle piante. A volte è utilizzato anche per ricercare possibili cause ambientali di epidemie di malattie non infettive (es. Leucemia).

In epidemiologia o eco-epidemiologia

A titolo di esempio dell'uso della dendrochimica nel campo della salute ambientale:

Principi tecnici

Il metodo si basa sulla possibilità ( almeno dagli anni '70 ) di analizzare i contenuti di ogni anello di albero in legno e, grazie alla dendrocronologia, di attribuirli ad un periodo nel passato.

Così negli anni '70, la corteccia e il suber contenevano molto piombo dalla benzina contenente piombo (microparticelle da 3 a 13 µm). Una piccola parte di questo piombo persiste poi, negli anelli del bosco degli alberi che crescono nelle zone temperate e fredde.

I vecchi anelli non sono di interesse per il monitoraggio di inquinanti molto degradabili, molto volatili o ad alto decadimento radioattivo (Chernobyl iodio) ad esempio, ma si memorizzano molto bene, oltre agli indizi meteorologici (anelli più sottili o addirittura quasi assenti. Secco o molto anni di siccità) alcuni episodi passati di inquinamento dell'aria, dell'acqua e / o del suolo. Al contrario, l'analisi della corteccia e dei depositi sulla corteccia può fornire ulteriori informazioni sull'inquinamento recente o attuale.

Dendrochimica, dendrogeochimica, dendrobiogeochimica ...

Nella maggior parte delle aree boschive, l'albero normalmente assorbe naturalmente pochi metalli pesanti tossici o metalloidi attraverso le sue radici. D'altra parte, in ambienti molto inquinati possono concentrarsi. Allo stesso modo in ambienti acidificati, i metalli sono molto “bioassimilabili” e gli alberi possono accumularli (a volte fino al punto di morire o - più spesso - di rendere il loro futuro legno morto tossico o fonte di contaminazione della catena alimentare. Attraverso le larve dei saproxilofagi. insetti e tramite funghi in decomposizione che concentreranno questi metalli). La contaminazione può risalire a decenni o secoli.

Gli anelli di un albero vivo o morto hanno - con il passare degli anni - accumulano e fissano vari inquinanti, tra cui metalli pesanti (es: piombo), metalloidi (es: arsenico) e radionulidi che l'albero ha potuto acquisire tramite le sue foglie, la sua corteccia o soprattutto attraverso le sue radici, che sono generalmente collegate ad una vasta rete di micelio che consente loro di catturare i nutrienti (o inquinanti se necessario) fino a diverse decine di metri attorno alla base dell'albero e talvolta in profondità. Eccezionalmente, le radici possono anche insinuarsi nelle fogne o nei bacini di decantazione e catturare direttamente i nutrienti e / o vari inquinanti.

Metodo

Utilizziamo, ad esempio, pezzi di corteccia e anima di legno prelevati a 1,30 m nel tronco, per tracciare vecchi inquinamenti, tramite misurazioni microelementarie poi effettuate in laboratorio con tecniche di spettrometria che consentono una misura semi-precisa. Analisi quantitativa di un ampio gamma di elementi, accoppiata a un'interfaccia di imaging ( microscopio elettronico a scansione ). Gli anelli in laboratorio possono essere accuratamente staccati l'uno dall'altro ed analizzati uno ad uno, in modo da ricostruire l'inquinamento passato.Questo metodo può permettere di seguire diversi inquinanti o di interessarsi ad un inquinante o ad un evento particolare (ad esempio per tracce di inquinamento, da cromo esavalente, altamente tossico.

Anelli degli alberi e acidificazione: lo studio retrospettivo degli anelli degli alberi può fornire informazioni attendibili sulla data di inizio dell'acidificazione del sito in cui l'albero è cresciuto, sull'impatto biogeochimico dell'evento che è all'origine della crescita. - se è disponibile un numero rilevante di campioni - l'andamento nel tempo dell'acidificazione. All'inizio degli anni 2000, sono stati sviluppati indicatori dendrochimici delle variazioni spazio-temporali nell'acidità degli ambienti forestali.

Altro inquinamento: Abbiamo così potuto dimostrare che la corteccia, gli anelli, oi ceppi di alberi secolari possono aver perfettamente "memorizzato" vecchi inquinamenti, e nei loro anelli hanno conservato un "calendario" delle variazioni di inquinamento dell'aria (es. piombo dalla benzina). Gli eventi memorizzati possono risalire a decenni, secoli o millenni;

Diversi studi hanno dimostrato che l'inquinamento dell'aria, del suolo o delle acque superficiali "marca" in modo permanente gli alberi. Per esempio :

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Vedi anche

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Bibliografia