La chimica dietro al color ruggine che sta tingendo i fiumi artici: il disgelo del permafrost, il rilascio di metalli e l’inatteso ruolo del ghiaccio

Qualche anno fa, gli scienziati dell’Arctic Inventory & Monitoring Network hanno notato che alcuni corsi d’acqua, noti per la limpidezza delle loro acque, erano diventati color ruggine. Erano le prime evidenze di un fenomeno destinato ad allargarsi: ben presto, soltanto nel nord dell’Alaska, si arrivarono a contare 75 fiumi arancioni.

Secondo i ricercatori, i fiumi analizzati hanno cambiato colore nel corso dell’ultimo decennio, come conseguenza del rapido scioglimento del permafrost, che espone rocce e sedimenti ricchi di minerali che rilasciano acidi e metalli pesanti nell’acqua.

Nell’Artico sempre più fiumi si tingono d’arancione

Il fenomeno dei fiumi arancioni ha iniziato a manifestarsi in maniera evidente (e preoccupante) soltanto nell’ultimo decennio, anche se probabilmente i primi casi risalgono a una ventina d’anni fa. Tra i primi a notarlo, Jon O’Donnell e i colleghi del National Park Service: nel 2018, l’acqua cristallina dei corsi d’acqua sui monti Brooks, nel nord dell’Alaska, iniziò a cambiare colore:

“Abbiamo notato per la prima volta un corso d’acqua arancione nel 2018 durante il regolare monitoraggio dei corsi d’acqua artici. Abbiamo pensato che fosse anomalo e ci siamo prefissati di scoprire tutto il possibile su cosa stesse accadendo e perché”,

spiegò allora O’Donnell. Nel 2024, infine, in uno studio pubblicato su Nature Communications Earth & Environment, O’Donnell e colleghi hanno per la prima volta presentato il fenomeno come un problema ambientale diffuso e sistemico.

La ricerca, che ha documentato il fenomeno in 75 siti in una vasta area dell’Alaska settentrionale, ha anche fornito le prime risposte sulla sua origine: i corsi d’acqua, si legge, hanno cambiato colore nell’ultimo decennio, durante un periodo di rapido riscaldamento e disgelo del permafrost. Il rapido scioglimento del permafrost non si limita ad arrugginire le acque dei fiumi artici, poiché espone rocce e sedimenti ricchi di minerali che rilasciano acidi e metalli pesanti nell’acqua.

Il colore arancione è quindi soltanto l’effetto più visibile di un fenomeno potenzialmente devastante sugli ecosistemi, che coinvolge il pH dell’acqua e la presenza di metalli pesanti: quando il fiume Akillik cambiò colore, nel 2018, perse completamente due specie di pesci, il Salvelinus malma e il Cottus cognatus. E nello stesso periodo anche gli invertebrati acquatici diminuirono.

Fiumi color ruggine in Alaska: la scoperta nel 2018

La remota Alaska nord-occidentale, con la sua natura selvaggia e incontaminata, sta così diventando il simbolo del cambiamento climatico e dei suoi effetti sugli ecosistemi artici. Le acque cristalline del fiume Salmon, sui monti Brooks, sono diventate arancioni nel 2019, e da allora sono rimaste torbide e scolorite. Il colore, però, è l’ultimo dei problemi: il fiume e molti dei suoi affluenti sono ora intrisi di metalli tossici, dilavati dal permafrost in disgelo.

Questi inquinanti, si legge in uno studio pubblicato lo scorso mese sui Proceedings of the National Academy of Sciences, sono presenti in concentrazioni tali da danneggiare la vita acquatica:

“Nove dei dieci principali affluenti del fiume Salmon presentavano concentrazioni tossiche di almeno un metallo in almeno una delle nostre tre date di campionamento”,

spiegano i ricercatori. E perfino gli affluenti apparentemente limpidi presentavano almeno un metallo che superava le soglie di concentrazione dell’EPA per la tossicità per la vita acquatica: il Kitlik, per esempio, nonostante l’acqua limpida, superava le soglie per Al totale recuperabile, Cd disciolto e Zn disciolto.

Questo fenomeno, spiegano i ricercatori, potrebbe spiegare il recente crollo nelle popolazioni di salmone Keta che tornano a riprodursi nel Kotzebue Sound: il numero di salmoni pescati nel 2024 è stato di gran lunga il più basso da quando lo Stato dell’Alaska ha iniziato a gestire la pesca nella regione nel 1962: 5.392 salmoni Keta in totale, contro una media 1962-2023 pari a 231.196 catture.

I ricercatori dell’Università dell’Alaska Anchorage hanno individuato più di 500 punti lungo il Salmon e i bacini idrografici circostanti in cui l’acqua altamente acida fuoriesce dal permafrost in scioglimento, uccidendo la vegetazione prima di confluire nei corsi d’acqua:

“Sembra lava che scorre attraverso una cicatrice da ustione”,

spiega l’ecologo Paddy Sullivan, tra gli autori della ricerca.

La chimica dietro ai fiumi arancioni: il ruolo del ghiaccio

L’afflusso di metalli negli ecosistemi acquatici, si legge nello studio di Sullivan e colleghi, non dipende soltanto dal drenaggio acido delle rocce; anche l’attività microbica, in determinate condizioni, può contribuire al rilascio di ferro presente nei sedimenti. In ogni caso, il problema vero è legato alla presenza di rocce e sedimenti ricchi di solfuri nel terreno che si sta rapidamente scongelando.

Quando i solfuri incontrano acqua e ossigeno, infatti, possono ossidarsi formando acido solforico, che abbassa il pH dell’acqua e dissolve i metalli intrappolati nella roccia, come appunto il ferro, rilasciandoli nell’aqua. Il ghiaccio, poi, si è scoperto molto recentemente, può sciogliere i minerali di ferro meglio dell’acqua liquida. Come si legge in una ricerca dell’Università di Umeå, gli ambienti ghiacciati non rallentano affatto le reazioni chimiche, come si è sempre creduto. Al contrario, il ghiaccio a -10°C rilascia più ferro dai minerali comuni rispetto all’acqua liquida a 4°C:

“Può sembrare controintuitivo, ma il ghiaccio non è un blocco congelato passivo. Il congelamento crea microscopiche sacche di acqua liquida tra i cristalli di ghiaccio. Queste agiscono come reattori chimici, dove i composti diventano concentrati ed estremamente acidi. Ciò significa che possono reagire con i minerali di ferro anche a temperature fino a -30 °C”,

spiega Jean-François Boily, tra gli autori dello studio.

Analizzando un minerale di ossido di ferro molto diffuso insieme a un acido organico presente in natura, i ricercatori hanno scoperto che la dissoluzione del ferro è più lenta in ambienti con salinità elevata, mentre i ripetuti cicli di gelo e disgelo rendono molto più efficiente la dissoluzione del ferro in acqua. Questo, spiegano, può essere applicato a qualunque ambiente ghiacciato acido in cui i minerali di ferro interagiscono con i composti organici. E può contribuire a spiegare il sempre più diffuso fenomeno dei fiumi arancioni d’Alaska.

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