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TirLe particles (TPs) are a major source ofelle di pneumatici (TP) sono una delle principali fonti di emission ofe di micro ande nanoplastics into the environment. Although most TPs arehe nell'ambiente. Sebbene la maggior parte dei TP si deposited in soil or freshwateri nel suolo o nei sediments and have been shown to i di acqua dolce e sebbene sia stato dimostrato che si accumulate inno negli organisms, most research has focused on leachate toxicity, neglecting thei, la maggior parte delle ricerche si è concentrata sulla tossicità del percolato, trascurando i potential effects ofziali effetti delle particles and their impactelle e il loro impatto ecotoxssicological on the environmento sull'ambiente.
- tire particles
- soil pollution
- ecotoxicology
1. Introductzione
HighwayAutos and road runoffs are a major source of environmental pollutiontrade e deflussi stradali sono una delle principali fonti di inquinamento dell'ambiente [1][ 1 ], contributieng to the release of do al rilascio di una plethora ofora di contaminants such as hyi come idrocarbonsuri (HC), heavy metalsmetalli pesanti (HM), microplastics orhe o nanoplasticshe (MPs and NPs), and airborne NP) e particulate matter ( olato aerodisperso (PM) [2][ 2 ]. HoweTuttaver, roadia, il traffic o stradale contributes to the release of insidious and silentisce al rilascio di contaminants into the environment, such as MPs produced by tire tread wear: Tire Particulates (TPsi insidiosi e silenziosi nell'ambiente, come gli MP prodotti dall'usura del battistrada degli pneumatici: particelle di pneumatici (TP).
ThiQuesta contamination has long been underestimated due to a poorzione è stata a lungo sottovalutata a causa di una scarsa consideration of synthetic rubbers in thezione delle gomme sintetiche nella definition ofzione di plastic; in fact, for the a; infatti, per l'International Organization for Standardization (ISO), la plastic isa è defined as a ita come un "material which contains as an essentiale che contiene come ingredient a high polymer and which, at a certain point of its trane essenziale un polimero alto e che, a un certo punto della sua trasformation into finished products, can be shaped by flow"zione in prodotti finiti, può essere modellato per flusso" [ [3]3 ]. ExFatta eccept for thzione per i termoplastics and thermosets, i ei termoindurenti, gli elastomers such as rubbers, which make up the tread of tires, have been excluded from thisi come le gomme, che compongono il battistrada dei pneumatici, sono stati esclusi da questa definition. Howeverzione. Tuttavia, Hartmann et al. [ [4]4] ha elaboratedo una anclassificazione inclusive classification of a dei detriti plastic debris, includingi, comprendente elastomers (synthetic rubber), heavilyi (gomma sintetica), polimeri naturali fortemente modifiedcati o gomma natural polymers or e vulcanized natural rubber, and zzata, e polimeri inorganic and hybrid polymers contained in tire rubber. Thus, tire wear particles are i e ibridi contenuti nella gomma del pneumatico. Pertanto, le particelle di usura degli pneumatici sono considered to be a major hidden source of MP and NP that will require further investigation in the futureate una delle principali fonti nascoste di MP e NP che richiederanno ulteriori approfondimenti in futuro. [ 5 , 6 , 7 , 8 , 9 [5][6][7][8][9]].
23. Definition and chemicalzione e composition of tire and road wear particzione chimica delle particelle di pneumatici e usura stradales
I TPs occur due si verificano a causa dell'attrito mechanical friction between tires and the road surface during driving, canico tra i pneumatici e la superficie stradale durante la guida, l'acceleration or braking and the heatzione o la frenata e il calore generatedo alters the original chemical composition of the weara la composizione chimica originale delle particleselle di usura [10][10][23 , 24 ] . Facttors such asi come il climate, tire type, road surface, nature of contact, speed, vehicle weight and driving style could affect their, il tipo di pneumatico, il manto stradale, la natura del contatto, la velocità, il peso del veicolo e lo stile di guida potrebbero influire sulla loro productionzione [11][12][13][ 13 , 25 , 26 ] . It Sis estimated that an average car tire lasts between 20 and 50, stima che uno pneumatico medio per auto duri tra i 20 e i 50.000 km before wearing out, releasing aroundprima di consumarsi, rilasciando nell'ambiente circa il 10-30% of the rubber in the tread (at leastdella gomma del battistrada (almeno 1-2 kg) [ 27 ] i.
When ina contactt with asphalt, TPs undergo a morpho con l'asfalto, i TP subiscono un cambiamento morfological ando e dimensional change due to the e dovuto all'incorporation of the road surface material and the increase in zione del materiale del manto stradale e all'aumento della dimensione del nucleo delle particle coreelle [ 28 , size29 [15][16]]. ThQueseti aggregates are defined as Tire and Road Wear Particlesi sono definiti come particelle di usura per pneumatici e strada (TRWPs), which have a coating of), che hanno un rivestimento del 10–50% byin volume [17][ 24 ] e candmbiano significantly change theirativamente la loro density from 1.13–1.à da 1,13–1,16 g/m 3 toa 1 .5–2.,5–2,2 g/cm 3 [18][19].[ 30 , The31 most]. abundant massLa massa percent (about uale più abbondante (circa 90-95%) of TRWPs consists of heavydi TRWP è costituita da particleselle pesanti defined as "coarse ite come "particleselle grossolane" [20][ 32], which aree si deposited on soilano su suolo, sediment or freshwater environments and not suspended in the air, while small amounts (maximum 10% of theo o ambienti di acqua dolce e non sospesi in aria, mentre piccole quantità (massimo 10% della massa total mass) are made up of a moree) sono costituite da una frazione più volatile fraction and emitted into the air, and are defined as 'fine ed emesse in aria, e sono definite come 'particles'elle fini' [ 28 , 33 , [15][21][22]34 ]. PLarticle size distribution and fractionation during transport in the environment are not currently known, but could range fromzione delle dimensioni delle particelle e il frazionamento durante il trasporto nell'ambiente non sono attualmente note, ma potrebbero variare da 10 nm toa <5 mm [ 6 , 7 , 8 , 9 , 35 , 36 [6][7][8][9][23][24]].
ThLe average percentages of theuali medie della composition of a car tire are shown zione di uno pneumatico per auto sono mostrate in Figurea 1 . The tread of a tire has a wideIl battistrada di uno pneumatico presenta un'ampia variety of chemicalà di compounds, mainlysti chimici, principalmente:
RubbGommers: C: i components typically consist of blends of styi sono tipicamente costituiti da miscele di gomma stirene-butadiene rubber (SBR), such as polycome polibutadiene (PBD), and e gomma isoprene rubber (IR), precursor toe della gomma natural rubbere (NR), blended with carbon black ormiscelate con nerofumo o silica (as a reinforcing agent/filler ), oils (such as softeners and extenders), and hardene (come agente rinforzante /riempitivo), oli (come ammorbidenti ed estensori) e prodotti chimici indurenti.
Prodotting chemicals.
Oimici organici: chemicals: Bl'acido benzoic acido (BZA) ande la N-nitrosodiphenylaminefenilammina (NDphA) retard itardano la combustion and slow down the curinge e rallentano il processo [22]di vulcanizzazione [ 34 ]. Diammines and waxes are also used as e cere sono utilizzate anche come antidegradants from oxidizingi da agents (oxygen or ozone) and fromi ossidanti (ossigeno o ozono) e dal calore [ 41 , heat42 [27][28]].
HMeavy metalstalli pesanti (HM): trace elements such asi in traccia come Zn, Al, Fe, Cd, Cr, Ni, Hg and Cu aree Cu sono present on TRWPsi sui TRWP [ 43 [29]]; di conseguenzas a result, tire wear, l'usura degli pneumatici contributes to the release of HMs into the environment. Approximately 1% zinc oxideisce al rilascio di HM nell'ambiente. Circa l'1% di ossido di zinco (ZnO) is used as aviene utilizzato come catalyst toizzatore per vulcanize rubber compounds, transforming them into highly zare le mescole di gomma, trasformandole in materia altamente elastic matter; as a result, TRWPs are a; di conseguenza, le TRWP sono considered to be among the major sources of Zn in the environmentate tra le principali fonti di Zn nell'ambiente [30][ 53 ].
FCarillers: Most of the treadche: la maggior parte dei components of a tire are fillers, mainlyi del battistrada di uno pneumatico è costituita da cariche, principalmente carbon blacke nero (22–40%) finely pumente polverized byzato per combustione incomplete combustion and added to make the tirea e aggiunto per rendere il pneumatico resistant to UV rays. In recent years, ente ai raggi UV. Negli ultimi anni, il carbon is sometimes replaced byio è talvolta sostituito da sfere di vetro nanometer glass spheres ofriche di silica, which gives the tread strong adhesion ande, che conferiscono al battistrada una forte adesione e resistance to tearing, heat and agingenza allo strappo, al calore e all'invecchiamento [ 13 [11]].
3. EDestinvironmental fate of TWRo ambientale delle TRWPs
3.1. Transport and deposition pathways
3.1. Vie di trasporto e deposizione
OUnce produced, TRWPsa volta prodotte, le TRWP deposited on roads can btate sulle strade possono essere mobilized and transported by wind, traffic-induced air currents or swept away by the action of rainwater to other media, such as topsoil, air, wastewatertate e trasportate dal vento, dalle correnti d'aria indotte dal traffico o spazzate via dall'azione dell'acqua piovana verso altri comparti, come suolo superficiale, aria, acque reflue, sediment, water surfaces or other road sectionsi, superfici d'acqua o altri tratti stradali [ 24 , 54 [17][12]]. They caPossono potentially movezialmente spostarsi, accumulatersi, aggregatersi, persist, leach, orere, lisciviare o degrade, affecting thearsi, influenzando la stability of exposed ecosystems such as those shown inà degli ecosistemi esposti come quelli riportati nella Figurea 2 [20][31] [ 32 , 55 ].
TransportLe distances depend on particle size andze di trasporto dipendono dalla dimensione e dalla density; coarsà delle particelle; le particles tend to settle very close to the roadside, withinelle grossolane tendono a depositarsi molto vicino al bordo stradale, entro 30 m [22][ 34 ], whilmentre finle particles can remain suspended in the air for a long time before settling for many meterselle fini possono rimanere sospese nell'aria per lungo tempo prima di depositarsi per molti metri [ 1 , 2 [1][2]]. TRWPIl transport can also be affected by sporto di TRWP può anche essere influenzato da eventi di aggregation events with both naturalzione sia con particulate matter (holato naturale (omo-aggregation) and anthropiczione) sia con particulate matter (holato antropico (etero-aggregationzione) [32][33][34][35][ 56 , 57 , 58 , 59]. MostLa of thmaggior parte delle TRWPs produced prodotte si accumulate in the soil (about nel suolo (circa il 67%), while the remaindermentre il resto si accumulates in the air (3–5%) and in wastewater treatment systems nell'aria (3-5%) e nei sistemi di trattamento delle acque reflue (30%), where they settle in the purification sludge, are transported in freshwaterdove si deposita nei fanghi di depurazione, viene trasportato in acqua dolce , bioaccumulate, orbile o biodegradabile [11][ 13 ]. OnSolo ily 12% of TRWPs eventually reach the surface of the water through 12% delle TRWP alla fine raggiunge la superficie dell'acqua attraverso le fogne [ 35 ], smewersntre circa [23], while about 18–22% settle in18-22% si deposita nei sedimenti [ 60 , [36][37]61 ]. Le TRWPs can also possono anche bioaccumulate in soilrsi negli organisms through the foodi del suolo attraverso la rete trofica [ 62 , 63 , web64 [38][39][40]].
Figurea 2. Pathwayercors of the transporti di trasporto, deposition, and fate of TRWPs in environments such as soils, thezione e destino delle TRWP in ambienti come suoli, atmosphere, wastewatersfera, acque reflue, sediments, and freshwateri e acqua dolce [ 13 , 60 , [11][36][37]61]. MostLa of thmaggior parte delle TRWPs si accumulate in the topsoil nel suolo superficiale (67%), while during storm events, they end upmentre durante gli eventi temporaleschi finiscono per accumulating in wastewaterrsi nelle acque reflue (30%) through road surface sewers, where they are transported andattraverso le fognature del manto stradale, dove vengono trasportate e si accumulate in freshwater such as rivers and lakes, settling inno in acque dolci come fiumi e laghi, depositandosi nei sedimentsi (18%) or remaining on the surfac rimanendo in superficie (12%); only a small fraction of the ‘fine solo una piccola frazione delle 'particles’ end up in the atmosphereelle fini' finisce nell'atmosfera (3%), but they are also the most unstable, as they can settle after a long time and be resuspended or not at all. The pathways ofma sono anche le più instabili, in quanto possono depositarsi dopo molto tempo ed essere risospese o non esserlo affatto. I percorsi di accumulation ino negli organisms throughi attraverso la respiration, feeding, or drinking are potentially viable, which makes these TRWPszione, l'alimentazione o il bere sono potenzialmente praticabili, il che rende questi TRWP particularly dangerous and treacherousolarmente pericolosi e infidi.
3.2. Degradation processes
3.2. Processi di degradazione
TheLa degradation of TRWPszione delle TRWP ( Figurea 3 ), which depends on the suscepche dipende dalla suscettibility of phà dei processi di fotodegradation andzione e biodegradation processeszione [ 32 [20]], presenta un tass ao di degradation rate of 0.15% perzione dello 0,15% al giorno [ day69 [41]].
Figurea 3. Diagramma relating to the main degradativevo ai principali processes in which TRWPs are involvedi degradativi in cui sono coinvolte le TRWP [ 32 , 78 , 79 , 80 [20][42][43][44]]. ThI proce phssi di fotodegradation processes of rubbers are minimal and do not providezione delle gomme sono minimi e non forniscono informazioni quantitative information, while, mentre i processi di biodegradation processes depend on the type ofzione dipendono dal tipo di monomer involvedo coinvolto (cis-1,4-isoprene or cis cis-1,4-polyibutadiene) and thee dalle condizioni di laboratory conditionsio.
3.3. Environmental Markers of TRWPs
3.3. Marcatori ambientali di TRWP
Elastomersi such as styrene–come lo stirene-butadiene (SBR) or la gomma natural rubbere (NR) can be used as apossono essere usati come marker toper identify TRWPsicare TRWP in different environmentsversi ambienti [ 34 , 66 , 69 , 70 [22][45][41][46]]; indeedfatti, 70% and 75% of the SBR andil 70% e il 75% di SBR e NR producedotti a livello globally are sono rispettivamente totally employed in themente impiegati nella production of tires, respectivelyzione di pneumatici [ 42 [47]].
I BTs, used as vulcanization, utilizzati come accelerators in tread manufacturingi di vulcanizzazione nei processesi [48],di apre additioduzione del battistrada [ 77 ], sono mal environmental markers forrcatori ambientali aggiuntivi per il monitoring TRWPs in soil oraggio dei TRWP nel suolo o nei sedimenti [ 34 , 64 , 65 , 73 , [22][40][49][50][51][52]76 , 83 ]. TheI main BTsprincipali BT includeono 24MoBT (2-(4-morpholinyfolinil) benzothiazoleiazolo), HOBT (2-hydroxyidrossibenzothiazole), andiazolo) e NCBA (Ncyclohexyicloesil-2-benzothiazolamine); however, the use of BTs ina); tuttavia, l'uso dei BT nei processi industrial processes has decreased in less than two centuriesi è diminuito in meno di due secoli [49][ 65 ]; inoltre, addition, BTs detected in the environment could have differenti BT rilevati nell'ambiente potrebbero avere origins, such as antifreeze productsi diverse, come i prodotti [22].
Unost used environmental markers in the dei marcatori ambientali più utilizzati nell'identification of TRWPs is certainly Zn, coming from the ZnO used as azione delle TRWP è sicuramente lo Zn, proveniente dallo ZnO utilizzato come catalyst in the treadizzatore nei processi di vulcanization processeszzazione del battistrada [34 , 53 , 84 , 85 , 86 ] [22][53][54][55][56]. DeNonospite its wide use, Zn appears to be the mosttante il suo ampio utilizzo, Zn sembra essere il marcatore ambientale più generalist environmental marker of TRWPs, with it having differenta di TRWP, con diverse fonti di emission sources and beinge ed essendo solubile in particulates, returning less preciseolato, restituendo gradienti di contenuto vertical and horizontal content gradients, which may underestimate the reali e orizzontali meno precisi, che possono sottostimare la reale concentration of TRWPs in thezione di TRWP nell'ambiente. 84 ]. Senvironmentbbene [54]. Although Zn may appear to be a Zn possa sembrare un marcatore generic marker, methods have been developed too, sono stati sviluppati metodi per quantify extractableicare lo Zn organic Zn as a marker of TRWPso estraibile come marcatore di TRWP in various environmental matricese matrici ambientali [ [54]84].
4. Toxicity Effects on Edaphic Fauna and Plantstti di tossicità su fauna e piante edafiche
4.1. Earthworms
4.1. Lombrichi
RPegarding earthwormsr quanto riguarda i lombrichi, Enchytraeus crypticus, Eisenia andrei, aned Eisenia fetida hsono staveti recently been used for the effect assessment of TRWPs alone oremente utilizzati per la valutazione degli effetti delle TRWP da sole o in mixtures with other substances, often showingscela con altre sostanze, mostrando spesso risultati ambiguousi [ 64 , 68 , 96 , results97 [40][57][58][59]].
EÈ starthworms have also been shown to ingest tire particlesto anche dimostrato che i lombrichi ingeriscono particelle di pneumatici, modifying their surface and promoting the release of Zn in the digestive tract, again underlining how thicandone la superficie e favorendo il rilascio di Zn nel tratto digerente, sottolineando, ancora una volta, come le particles play aelle svolgano un ruolo crucial role as a leachatee come percolato [ 97 ] [59]. ItÈ is probable that, due to the morphile che, per la semplicità morfological simplicity of the digestive tract, the retention time of thes del tubo digerente, il tempo di ritenzione di queste particles is shortelle sia breve [ 101 [60]]; howetuttaver, ia, l'ingestion maye può alter gutare la diversità microbial diversity, which could change phyca intestinale, che potrebbe cambiare la fisiology and stress resistance overia e la resistenza allo stress nel tempo [ time97 [59]].
4.2. Nematodes
4.2. Nematodi
In lethe literature, the only study conducted on thea, l'unico studio condotto sul nematode CaenorCaenorhabditis elegans hab ditis elegans demonstrated that the toxicity of TRWPs may depend on the exposure time and the agingmostrato che la tossicità delle TRWP può dipendere dal tempo di esposizione e dal period of the o di invecchiamento dei suoli contaminated soilsi, altering survival, growth and broodando la sopravvivenza, la crescita e la covata [95 ] [61]. In short-tNerm tests on C. elegansi test a breve termine su C. elegans, è it was observed that aged soils (soilstato osservato che i suoli invecchiati (suolo incubated witho con TRWP for 30 and 75 days) showed effects on growth and brood size atper 30 e 75 giorni) hanno mostrato effetti sulla crescita e sulla dimensione della covata a 1 mg/kg dw, while the same effects in soils notmentre gli stessi effetti nei suoli non incubated withi con TRWP occur atsi verificano a 100 mg/kg and 10,000 mg/kg, respectively. Similarly, long-term exposure tests showed early effects on survival as early as day 6 (10,e 10.000 rispettivamente mg/kg. Allo stesso modo, i test di esposizione a lungo termine hanno mostrato effetti precoci sulla sopravvivenza già dal 6° giorno (10.000 mg/kg) in aged soils, rather than day 8nei suoli invecchiati, piuttosto che dall'8° giorno (10 mg/kg) in unaged soils. The authorsnei suoli non invecchiati. Gli autori suggest that the increase in toxicity in aged soils depends on an increase in the leachate of chemicals. Among these substances, thriscono che l'aumento della tossicità nei suoli invecchiati dipende da un aumento del percolato di sostanze chimiche. Tra queste sostanze, le concentrations ofzioni di metals leached into pore waters may not showli lisciviati nelle acque interstiziali potrebbero non mostrare una variazione significant variation between treatments, demonstrativa tra i trattamenti, dimostrando che la presenza di HM potrebbe non essere la causa principale dell'elevata tossicità misurata; al contrario,95 ]. Per gli autoring that the presence of HM may not be the root cause of the h, non è da escludere che questi valori possano dipendere dalla bassa concentrazione di origine dei metalli nel battistrada del pneumatico, da un pH del terreno troppo alto o da un periodo di esposizione troppo breve [ 95 ] .4.3. Collemboli
Collemboligh meacome Folsomia candida sono spesso ured toxicity; on the contrarytilizzati nei test ecotossicologici relativi alla contaminazione del suolo, essendo organismi di alto valore ecologico e facili da coltivare in condizioni [61].di Flaboratorio. In letteratura, l'esposizione a TRWP in F. candida hea authors, it mostrato effetti diversi. Nello studio di Selonen et al. [ 68 ], le concentrannot be excluded that these values mayzioni nominali di esposizione delle sole particelle di pneumatici da 0 a 15.000 mg/kg dw hanno mostrato una tendenza decrescente nella sopravvivenza e nella riproduzione, ma non in modo significativo. Nello studio di Kim et al. [ 62], d'altra partepend on the low original, i TRWP sembrano ridurre il tasso di crescita nei collemboli alla concentration of the metals in the tire tread, on too high a soil pH or on too short an exposure periodzione di 10.000 mg/kg dw, probabilmente a causa dell'ingorgo dei pori del suolo, che stimola i collemboli a spendere più energia nel movimento o ad espellere le particelle ingerite; inoltre, i tassi di riproduzione sembravano diminuire nei trattamenti TRWP, anche se non in modo statisticamente significativo. È stato anche dimostrato che i collemboli li ingeriscono, mostrando il potenziale ruolo della [61]tossicità delle particelle.4.3. Springtails
4.4. Woodlice
Springtails such as Folsomia candida are often used in ecotoxicological tests related to soil contamination, being organisms of high ecological value and easy to cultivate under laboratory conditions.
In the literature, exposure to TRWP in F. candida has shown different effects. In the study by Selonen et al. [57], nominal exposure concentrations of tire particles alone from 0 to 15,000 mg/kg dw showed a decreasing trend in survival and reproduction, but not significantly. In the study by Kim et al. [38], on the other hand, TRWPs appear to reduce the growth rate in springtails at a concentration of 10,000 mg/kg dw, probably due to soil pore engorgement, which stimulates springtails to expend more energy in moving or to expel the ingested particles; furthermore, reproduction rates appeared to decrease in TRWP treatments, although not statistically significantly. Springtails have also been shown to ingest them, showing the potential role of particle toxicity.
