ASBESTOS HAZARD IN WESTERN ALPS
PETROLOGY, CHARACTERIZATION AND QUANTITATIVE DETERMINATION OF FIBROUS MINERALS IN THE ASBESTOS-BEARING SERPENTINITES OF THE PIEMONTE ZONE (SUSA AND LANZO VALLEYS)
LE RISQUE ASBESTE DANS LES ALPES OCCIDENTALES
CARTOGRAPHIE, PETROGRAPHIE, QUANTIFICATION DES MINERAUX FIBREUX DANS LES SERPENTINITES ASBESTIPHERES DE LA ZONE PIEMONTAISE. APPLICATION A LES VALLEES DE SUSA ET DE LANZO
Résumé
The word “asbestos”, that means unquenchable, is used for a group of silicate minerals occurring with a fibrous habit, belonging to the serpentine and amphibole families. According to the Italian Legislation (D.L. 15/08/91) the six fibrous silicates defined as asbestos are: chrysotile, amosite and crocidolite (fibrous varieties of grunerite and riebeckite, respectively), anthophyllite, tremolite and actinolite. These minerals are made up of incombustible, chemically stable, inert, phono-absorbing, flexible and tensile fibers. The chemical and physical properties of asbestos made it, in past decades, one of the most important inorganic materials for industrial uses and technological applications. At the end of the 1950s the correlation between exposure to asbestos and development of pleural mesothelioma and bronchogenic carcinoma was established. Since the last decades, asbestos health hazard is considered not only an occupational problem, but also a potential environmental hazard. As a consequence, in most western countries, the current legislation imposed severe laws to regulate the use of potentially asbestos-bearing rocks and soils.
The pathogenicity of the asbestos fibers has been considered to be due to one or more of the following factors: i) the fibrous habit (a mineral is defined as fibrous when its length/diameter ratio is greater than 3:1); ii) chemical-mineralogical factors (fiber type, chemical composition, surface reactivity); iii) the biopersistence. These factors are interconnected: in fact, the fiber dimensions influence its surface reactivity, fiber composition controls its biopersistence and biopersistence is associated to the fiber habit. Though the six asbestos minerals are considered as equally dangerous for the human health, recent epidemiological studies have demonstrated that crocidolite, amosite and tremolite are clearly more dangerous than chrysotile.
In the Western Alps fibrous minerals mainly occur in the Piemonte Zone of Calcschists with meta-ophiolites. This work is part of a multidisciplinary project entitled “Asbestos hazard in Western Alps”, goaled at studing occurrence, environmental hazard and possible inactivation of fibrous minerals in the Western Alps. This project, financially supported by the Assessorato all'Ambiente of Regione Piemonte, was coordinated by the Interdepartmental Centre “G. Scansetti” (Università di Torino). The open questions from which this work was born are: i) Which fibrous minerals occur in the serpentinites from the Susa and Lanzo Valleys? ii) Where these minerals occur? Which are the genetic conditions that influence their growth? iii) In which percentage the fibrous minerals are present in the serpentinite rocks? On the basis of these open questions, the Thesis has been organized in 6 chapter.
•Chapter 1 – The six minerals defined as asbestos are presented; their potential patogenicity and the deseases correlated to the asbestos exposure are briefly discussed.
•Chapter 2 – The geological setting of the Piemonte Zone of Calcschists with meta-ophiolites is briefly discussed, with special attention to the metamorphic evolution of the Ultramafic Lanzo Massif and of the Internal/External Piemonte Zone.
•Chapter 3 – The topic of this chapter is the mineralogical and chemical characterization of the fibrous minerals occurring in the analysed serpentinites, i.e. serpentine minerals (chrysotile and antigorite), balangeroite, diopside, tremolite and carlosturanite. For each fibrous mineral, the crystallographic structure and optical properties are reported, and the chemical composition and vibrational properties (FTIR and Μ-Raman spectroscopy) are discussed in detail. From these data it is evident that a rapid and unambiguous identification of fibrous minerals requires the combined use of several analytical techniques, particularly the optical and electron microscopy and the micro-Raman spectroscopy.
•Chapter 4 – This chapter is dedicated to the petrological study of the serpentinites from the Susa and Lanzo Valleys, which has been carried out mainly by means of optical and electron microscopy, and Μ-Raman spectroscopy. In the first part of the chapter, the serpentinization processes are briefly discussed and the serpentinite microstructures and the metamorphic paragenesis are described in detail. The second part of the chapter is dealing with the metamorphic veins occurring in the serpentinites. The mechanisms by which a fibrous vein may form are firstly considered; the five generations of metamorphic veins recognised in the serpentinites are, then, described in detail and some hypotheses for their genetic conditions are suggested. The metamorphic P-T path estimated for the serpentinites on the ground of microstructural observations and thermobarometric data, is discussed in the light of Μ(Ca2+/Mg2+)-Μ(SiO2) and P-T diagrams, calculated with the pseudosection approach.
•Chapter 5 - This chapter concerns the problem of the quantitative determination of the fibrous minerals in the rocks. In the first part, the traditional techniques used for the quantitative estimate of asbestos in solid materials are presented, i.e. fiber count at SEM or TEM, X-ray powder diffraction and IR spectroscopy. In the second part of the chapter two new methods are proposed. The first one is based on the use of FTIR spectroscopy for the quantitative asbestos estimate in a chrysotile + antigorite mixtures. The second is based on the image analysis of SEM images combined with micro-Raman spectroscopy. This last technique gives both quantitative and morphological informations.
•Chapter 6 – In the final chapter, the main results obtained, the still open questions, and the future perspectives are summarized and briefly discussed.
The pathogenicity of the asbestos fibers has been considered to be due to one or more of the following factors: i) the fibrous habit (a mineral is defined as fibrous when its length/diameter ratio is greater than 3:1); ii) chemical-mineralogical factors (fiber type, chemical composition, surface reactivity); iii) the biopersistence. These factors are interconnected: in fact, the fiber dimensions influence its surface reactivity, fiber composition controls its biopersistence and biopersistence is associated to the fiber habit. Though the six asbestos minerals are considered as equally dangerous for the human health, recent epidemiological studies have demonstrated that crocidolite, amosite and tremolite are clearly more dangerous than chrysotile.
In the Western Alps fibrous minerals mainly occur in the Piemonte Zone of Calcschists with meta-ophiolites. This work is part of a multidisciplinary project entitled “Asbestos hazard in Western Alps”, goaled at studing occurrence, environmental hazard and possible inactivation of fibrous minerals in the Western Alps. This project, financially supported by the Assessorato all'Ambiente of Regione Piemonte, was coordinated by the Interdepartmental Centre “G. Scansetti” (Università di Torino). The open questions from which this work was born are: i) Which fibrous minerals occur in the serpentinites from the Susa and Lanzo Valleys? ii) Where these minerals occur? Which are the genetic conditions that influence their growth? iii) In which percentage the fibrous minerals are present in the serpentinite rocks? On the basis of these open questions, the Thesis has been organized in 6 chapter.
•Chapter 1 – The six minerals defined as asbestos are presented; their potential patogenicity and the deseases correlated to the asbestos exposure are briefly discussed.
•Chapter 2 – The geological setting of the Piemonte Zone of Calcschists with meta-ophiolites is briefly discussed, with special attention to the metamorphic evolution of the Ultramafic Lanzo Massif and of the Internal/External Piemonte Zone.
•Chapter 3 – The topic of this chapter is the mineralogical and chemical characterization of the fibrous minerals occurring in the analysed serpentinites, i.e. serpentine minerals (chrysotile and antigorite), balangeroite, diopside, tremolite and carlosturanite. For each fibrous mineral, the crystallographic structure and optical properties are reported, and the chemical composition and vibrational properties (FTIR and Μ-Raman spectroscopy) are discussed in detail. From these data it is evident that a rapid and unambiguous identification of fibrous minerals requires the combined use of several analytical techniques, particularly the optical and electron microscopy and the micro-Raman spectroscopy.
•Chapter 4 – This chapter is dedicated to the petrological study of the serpentinites from the Susa and Lanzo Valleys, which has been carried out mainly by means of optical and electron microscopy, and Μ-Raman spectroscopy. In the first part of the chapter, the serpentinization processes are briefly discussed and the serpentinite microstructures and the metamorphic paragenesis are described in detail. The second part of the chapter is dealing with the metamorphic veins occurring in the serpentinites. The mechanisms by which a fibrous vein may form are firstly considered; the five generations of metamorphic veins recognised in the serpentinites are, then, described in detail and some hypotheses for their genetic conditions are suggested. The metamorphic P-T path estimated for the serpentinites on the ground of microstructural observations and thermobarometric data, is discussed in the light of Μ(Ca2+/Mg2+)-Μ(SiO2) and P-T diagrams, calculated with the pseudosection approach.
•Chapter 5 - This chapter concerns the problem of the quantitative determination of the fibrous minerals in the rocks. In the first part, the traditional techniques used for the quantitative estimate of asbestos in solid materials are presented, i.e. fiber count at SEM or TEM, X-ray powder diffraction and IR spectroscopy. In the second part of the chapter two new methods are proposed. The first one is based on the use of FTIR spectroscopy for the quantitative asbestos estimate in a chrysotile + antigorite mixtures. The second is based on the image analysis of SEM images combined with micro-Raman spectroscopy. This last technique gives both quantitative and morphological informations.
•Chapter 6 – In the final chapter, the main results obtained, the still open questions, and the future perspectives are summarized and briefly discussed.
Le mot “asbeste” (incombustible) est utilisé pour indiquer un groupe de silicate à habitus fibreux, appartenant aux familles des serpentines et des amphiboles. Selon la législation italienne (D.L. 15/08/91), les six silicates fibreux définis comme asbeste sont: le chrysotile, l'amosite et la crocidolite (variétés fibreuses de la grunérite et de la riébeckite), l'anthophyllite, la trémolite et l'actinolite. Ces minéraux sont constitués de fibres incombustibles, chimiquement stables, inertes et flexibles. A cause de leurs propriétés chimiques et physiques, les asbestes ont été considérés comme les plus importants matériaux inorganiques en vue d'applications industrielles et technologiques. À la fin des années 50, on découvrit la corrélation entre l'exposition à l'asbeste et le développement du mésotéliome pleural et du carcinome. Depuis quelques décennies, le risque asbeste n'est pas considéré comme seulement confiné au cadre professionnel, mais également en tant que risque potentiel pour l'environnement. Par conséquent, l'actuelle législation impose des lois sévères pour la réglementation de l'utilisation des roches et des sols potentiellement porteurs d'asbestes.
Le caractère pathogène des fibres d'asbeste est associé aux facteurs suivants : i) faciès fibreux (un minéral est défini comme fibreux si le rapport longueur/diamètre est plus grand de 3 :1) ; ii) facteurs chimiques et minéralogiques (types de fibre, composition chimique, réactivité de surface) ; iii) la bio persistance. Ces facteurs sont interconnectés car les dimensions de la fibre influencent sa réactivité superficielle, la composition de la fibre contrôle sa bio persistance et la bio persistance est aussi associée au faciès de la fibre.
Dans les Alpes Occidentales, les minéraux fibreux sont concentrés dans la Zone Piémontaise des Schistes Lustrès à méta-ophiolites. Cette étude fait partie d'une projet multidisciplinaire intitulé « Le risque asbeste dans les Alpes Occidentales », visé à l'étude de la présence, du risque et de la possible inactivation des minéraux fibreux dans les Alpes Occidentales. Ce projet, financé par l'Assessorato all'Ambiente de la Regione Piemonte, a été coordonné par le Centro Interdipartimentale « G. Scansetti » de l'Université de Torino. Cette étude se fonde sur les questions suivantes : i) Quels sont les minéraux fibreux dans les vallées de Susa et de Lanzo ? ii) Où ces minéraux sont-ils concentrés ? Quelles conditions génétiques contrôlent leur croissance ? iii) Quel est le pourcentage les minéraux fibreux dans les serpentines? Sur la base de ces questions, cette thèse a été organisée en six chapitres :
•Chapitre 1 – Les six minéraux fibreux définis comme asbeste sont présentés et leur potentiel pathogène est discuté.
•Chapitre 2 – La Zone Piémontaise des Schistes Lustrés à méta-ophiolites est décrite brièvement.
•Chapitre 3 – Ce chapitre traite de la caractérisation minéralogique et chimique des minéraux fibreux reconnus dans les serpentinites étudiées, c'est-à-dire des minéraux du groupe des serpentines (chrysotile et lizardite), la balangéroïte, le diopside, la trémolite et la carlosturanite. Pour chacun de ces minéraux sont présentées la structure cristallographique, les propriétés optiques, la composition chimique et les propriétés vibrationnelles (Μ-Raman et FTIR).
•Chapitre 4 – Ce chapitre traite de l'étude pétrologique des serpentinites des vallées de Susa et de Lanzo, réalisée par microscopie optique et électronique, et spectroscopie Μ-Raman. Dans la première partie, les mécanismes de la serpentinisation sont présentés et les microstructures des serpentinites sont décrits en détail. Dans la deuxième partie, les cinq générations de veines métamorphiques reconnues dans les serpentines sont décrites en détail et des modes de formation sont proposés. La trajectoire P-T estimée pour les serpentinites, sur la base des observations microstructurales et des données thermobarométriques, est discutée à la lumière des diagrammes Μ(Ca2+/Mg2+)-Μ(SiO2) et P-T, calculés grâce à la technique des pseudosections.
•Chapitre 5 – Ce chapitre traite du problème de la détermination quantitative des minéraux fibreux dans les roches. Dans la première partie, les techniques traditionnelles pour la détermination quantitative de l'asbeste dans le matériel solide sont présentées. Dans la deuxième partie, deux nouvelles techniques sont décrites en détail. La première est basée sur la spectroscopie FTIR appliquée à une mélange de antigorite + chrysotile. La deuxième sur l'analyse des images SEM (BSE) associée à la spectroscopie micro-Raman.
•Chapitre 6 – Il s'agit du chapitre de conclusion, où sont brièvement discutés les résultats, les questions encore ouvertes et les perspectives futures de ce travail.
Le caractère pathogène des fibres d'asbeste est associé aux facteurs suivants : i) faciès fibreux (un minéral est défini comme fibreux si le rapport longueur/diamètre est plus grand de 3 :1) ; ii) facteurs chimiques et minéralogiques (types de fibre, composition chimique, réactivité de surface) ; iii) la bio persistance. Ces facteurs sont interconnectés car les dimensions de la fibre influencent sa réactivité superficielle, la composition de la fibre contrôle sa bio persistance et la bio persistance est aussi associée au faciès de la fibre.
Dans les Alpes Occidentales, les minéraux fibreux sont concentrés dans la Zone Piémontaise des Schistes Lustrès à méta-ophiolites. Cette étude fait partie d'une projet multidisciplinaire intitulé « Le risque asbeste dans les Alpes Occidentales », visé à l'étude de la présence, du risque et de la possible inactivation des minéraux fibreux dans les Alpes Occidentales. Ce projet, financé par l'Assessorato all'Ambiente de la Regione Piemonte, a été coordonné par le Centro Interdipartimentale « G. Scansetti » de l'Université de Torino. Cette étude se fonde sur les questions suivantes : i) Quels sont les minéraux fibreux dans les vallées de Susa et de Lanzo ? ii) Où ces minéraux sont-ils concentrés ? Quelles conditions génétiques contrôlent leur croissance ? iii) Quel est le pourcentage les minéraux fibreux dans les serpentines? Sur la base de ces questions, cette thèse a été organisée en six chapitres :
•Chapitre 1 – Les six minéraux fibreux définis comme asbeste sont présentés et leur potentiel pathogène est discuté.
•Chapitre 2 – La Zone Piémontaise des Schistes Lustrés à méta-ophiolites est décrite brièvement.
•Chapitre 3 – Ce chapitre traite de la caractérisation minéralogique et chimique des minéraux fibreux reconnus dans les serpentinites étudiées, c'est-à-dire des minéraux du groupe des serpentines (chrysotile et lizardite), la balangéroïte, le diopside, la trémolite et la carlosturanite. Pour chacun de ces minéraux sont présentées la structure cristallographique, les propriétés optiques, la composition chimique et les propriétés vibrationnelles (Μ-Raman et FTIR).
•Chapitre 4 – Ce chapitre traite de l'étude pétrologique des serpentinites des vallées de Susa et de Lanzo, réalisée par microscopie optique et électronique, et spectroscopie Μ-Raman. Dans la première partie, les mécanismes de la serpentinisation sont présentés et les microstructures des serpentinites sont décrits en détail. Dans la deuxième partie, les cinq générations de veines métamorphiques reconnues dans les serpentines sont décrites en détail et des modes de formation sont proposés. La trajectoire P-T estimée pour les serpentinites, sur la base des observations microstructurales et des données thermobarométriques, est discutée à la lumière des diagrammes Μ(Ca2+/Mg2+)-Μ(SiO2) et P-T, calculés grâce à la technique des pseudosections.
•Chapitre 5 – Ce chapitre traite du problème de la détermination quantitative des minéraux fibreux dans les roches. Dans la première partie, les techniques traditionnelles pour la détermination quantitative de l'asbeste dans le matériel solide sont présentées. Dans la deuxième partie, deux nouvelles techniques sont décrites en détail. La première est basée sur la spectroscopie FTIR appliquée à une mélange de antigorite + chrysotile. La deuxième sur l'analyse des images SEM (BSE) associée à la spectroscopie micro-Raman.
•Chapitre 6 – Il s'agit du chapitre de conclusion, où sont brièvement discutés les résultats, les questions encore ouvertes et les perspectives futures de ce travail.
Loading...