Dipartimento di Scienze della Terra

RESPONSABILE SCIENTIFICO: Giovanni B. ANDREOZZI
TITOLO: HYDROX - HYDRous- vs OXo-components in minerals: adding new pieces to the Earth’s H₂O cycle puzzle
ENTE FINANZIATORE: Progetto PRIN 2020, Ministero Università e Ricerca

INIZIO PROGETTO: maggio 2022
DATA FINE PROGETTO: maggio 2025
RIASSUNTO:
“The pale blue dot”: these famous words by the astronomer Carl Sagan (1934-1996) briefly summarize the main feature of our planet within the Solar System, i.e., the abundance of surficial H₂O. Water is crucial for life as we know it. However, there is a general consensus on accepting that Earth is able to sustain life not only for the occurrence of liquid H₂O, but also for the presence of active geodynamic processes, able to maintain stable physical-chemical conditions on the planet surface. In this respect, the occurrence of H₂O in the Earth’s interior is crucial as it controls, for instance, melting and viscosity of the convecting mantle, and thus volcanism and plate tectonics. Consequently, both plate tectonics and H₂O cycle are the fundamental elements that make planet Earth a life-sustaining planet.
It is well-known that oceans cover more than three-quarter of the Earth surface, but they represent only ca. 0.025% of the planet mass. Accordingly, taking into account the mass of crustal and mantle rocks, even low amounts of hydrated minerals are able to store several oceans of H₂O, representing the largest reservoir of this compound. It is thus clear that without an atomistic comprehension of the H₂O speciation in minerals it will be impossible to achieve a deep understanding and a correct modelling of a great number of planetary processes. Indeed, in crust and mantle environments, under variable pressure (P), temperature (T), and oxygen fugacity (fO2) conditions, mineral phases usually considered as anhydrous may be carrier of H₂O, whereas others usually considered as hydrated can partly lose their H₂O or even become anhydrous. Physical constraints and crystal-chemical mechanisms of those reactions are not fully understood yet.
In this framework, the project "HYDRous- vs OXo-components in minerals: adding new pieces to the Earth’s H₂O cycle puzzle (HYDROX)" aims at clarifying H₂O behaviour in minerals. Our attention will be focused on both Nominally Anhydrous Minerals (NAMs) and Nominally Hydrous Minerals (NHMs). Through an integrated chemical, spectroscopic and structural approach, selected samples of four mineral groups (i.e., silicate garnets, hollandites, amphiboles and tourmalines, two NAMs and two NHMs, respectively) will be experimentally studied with the objective to define their H₂O speciation mechanisms, providing also useful data for a deeper understanding of H₂O cycle in our planet.

 

RESPONSABILE SCIENTIFICO: Paolo BALLIRANO
TITOLO: FIBRES: a multidisciplinary mineralogical, crystal-chemical and biological project to amend the paradigm of toxicity and cancerogenicity of mineral fibres
ENTE FINANZIATORE: Ministero dell’istruzione, dell’Università e della Ricerca, PRIN Bando 2017

INIZIO PROGETTO: novembre 2019
DATA FINE PROGETTO: marzo 2023
RIASSUNTO:
LE FIBRE MINERALI sono ubiquitarie sulla terra e costituiscono una frazione rilevante del particolato. Il vasto regno delle fibre minerali comprende gli asbesti e l'erionite fibrosa che sono classificati come sostanze carcinogeniche. Sebbene negli ultimi 30 anni le fibre minerali siano state oggetto di dettagliati studi tossicologici, i meccanismi attraverso i quali sono in grado di indurre danni cito- e geno-tossici in vivo non sono ancora completamente chiari. In mancanza di una chiara visione del ruolo che giocano tutti i vari parametri cristallochimici e strutturali nell'indurre effetti patogenici non è possibile dedurre un modello generale che spieghi la tossicità/carcinogenicità delle fibre minerali. In mancanza di tali modelli non possono essere risolte varie problematiche globali di importanza sociale ed economica. Ad esempio, sebbene il potenziale tossico del crisotilo sia ancora una questione notevolmente dibattuta, questa fibra minerale è tuttora usata in "modo sicuro" nel 72% delle nazioni mondiali. L'assenza di una quantificazione della tossicità di questi materiali porta ad un ulteriore problema: fibre minerali di tossicità sconosciuta possono esser rinvenute naturalmente nell'ambiente o essere in uso causando esposizione alla popolazione. Il progetto FIBRES si occupa specificamente di mettere in luce il ruolo di alcuni parametri, allo stato attuale poco o nulla studiati, nell'indurre effetti tossici alle fibre minerali.
Questi parametri sono:

1. Specie di ferro superficiali
2. Biodurabilità
3. L'effetto "cavallo di Troia"
4. Interferenza con il "cross talking" intracellulare che induce l'apoptosi cellulare (vedere la versione inglese per maggiori dettagli)

 

RESPONSABILE SCIENTIFICO: Alessandro PACELLA
TITOLO: Caratterizzazione cristallochimica e studio della reattività di superficie di fibre minerali di interesse ambientale e sanitario ai fini di un'accurata analisi del rischio di contaminazione.
ENTE FINANZIATORE: INAIL (Istituto Nazionale Assicurazione Infortuni sul lavoro). Bando BRIC INAIL 2019

INIZIO PROGETTO: maggio 2020
DATA FINE PROGETTO: aprile 2022
RIASSUNTO:
Lo stretto legame esistente tra inalazione di fibre di amianto e sviluppo di malattie polmonari come asbestosi, cancro del polmone e mesotelioma pleurico è ormai ben noto da molti decenni. Lo sfruttamento industriale dell’amianto - avvenuto nel corso del XX secolo e dovuto alle sue proprietà di resistenza al calore, all'azione degli agenti chimici, all'abrasione e all'usura - è stato considerevole e, pertanto, per limitarne l’esposizione professionale sono state sviluppate specifiche normative. In particolare, l’attuale legislazione in materia di tutela della salute è incentrata sui processi relativi all’estrazione e alla lavorazione dell'amianto, oltreché sulla produzione, uso e smaltimento dei prodotti che lo contengono. 
L’amianto è però diffuso anche nelle rocce e nei terreni (si parla in questo caso di Naturally Occuring Asbestos (NOA) per distinguerlo da quello presente nei prodotti commerciali) e può essere quindi rilasciato nell’ambiente in seguito all’azione degli agenti atmosferici (weathering) o a causa di attività antropiche. Infatti, durante le attività di scavo, come la costruzione di infrastrutture o i lavori agricoli, ma anche semplicemente nel corso di attività ricreative, sono stati osservati livelli significativi di fibre aerodisperse, perfino in presenza di basse concentrazioni (<1%) di fibre nel terreno. A ciò si aggiunga che in natura esistono centinaia di altri minerali che possono presentarsi in forma fibrosa (anch’essi quindi inclusi nei NOA) alcuni dei quali, ad es. erionite e fluoro-edenite, hanno mostrato una tossicità simile a quella dell’amianto. Tuttavia, per molti di questi minerali non esistono dati relativi ad una loro potenziale tossicità. 
La presenza di NOA può avere impatti negativi su progetti di costruzione sia di piccole (scuole, abitazioni e sviluppi immobiliari) che di grandi dimensioni (dighe, autostrade e miniere), soprattutto quando non sono stati rilevati in anticipo e la gestione del rischio di contaminazione dei luoghi di vita o di lavoro non è stata prevista dal progetto. Una corretta gestione del rischio può essere realizzata solo se si conoscono con precisione la localizzazione e l’estensione dell’affioramento, la tipologia di minerale fibroso, la quantità di fibre che potrebbe essere rilasciata in seguito alla movimentazione di rocce e terreni e, ovviamente, la potenziale tossicità del minerale fibroso stesso, nel caso non si tratti di amianto propriamente detto. 
Studi tossicologici hanno evidenziato che le interazioni tra fibre minerali e ambiente biologico sono fortemente dipendenti dalla loro morfologia, chimica di superficie e biopersistenza. In particolare, sia la presenza che lo stato di coordinazione del ferro sulla superficie delle fibre sono stati considerati dalla comunità biomedica fattori chiave nello sviluppo del loro potenziale tossico. Inoltre, negli ultimi anni molto lavoro è stato dedicato alla messa a punto di protocolli per una più accurata valutazione della tossicità dei materiali fibrosi. 
Tuttavia, esistono a tutt’oggi ancora molti gap e incertezze nella comprensione delle correlazioni esistenti tra le caratteristiche chimico-strutturali delle fibre ed il loro grado di reattività e tossicità. In questo ambito, parte della comunità scientifica sta maturando notevole esperienza riguardo lo studio delle proprietà chimico-fisiche delle fibre grazie al lavoro di collaborazione tra gruppi di ricerca ormai leader in questo ambito. La comprensione delle correlazioni esistenti tra le proprietà cristallografiche e reattività delle fibre fornirebbe, infatti, gli strumenti utili a definirne la tossicità. Questo obiettivo può essere raggiunto solo mettendo insieme competenze scientifiche diverse (geologiche, chimiche, biologiche ecc.) ed effettuando uno studio comparativo delle proprietà cristallografiche, della reattività chimica e degli effetti cellulari di fibre altamente patogene, quali gli amianti, di fibre a tossicità ancora sconosciuta e di minerali ritenuti non pericolosi. L’individuazione di tali correlazioni è la base per la costruzione di matrici, in cui i dati fisico-chimici e di tossicità si combinano con quelli geologici, così da fornire una stima del rischio legato alla presenza di NOA.