Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

105

Introduction

Among war material of any sort, chemical weapons were dumped in the

southern Adriatic Sea during and after WW II. An evidence is the fact that

from 1946 until 1996 more than two hundred Apulian fishermen have been

hospitalised because of being severely by chemical injured by chemical

warfare agents (CWAs) (1, 2). Bis-(2-chloroethyl) sulpide (Cl-CH

2

CH

2

-S-

CH

2

CH

2

-Cl), a CWA commonly known as “mustard gas” or yperite (“H”,

L evinstein process) and dichloro-(2-chlorov 

i 

nyl)arsine (Cl-CH=CH-

As(Cl)

2

) (“lewisite”) they are among the

twenty-four different CWAs that were

contained in bombs, grenades and drums

dumped in different sites of the southern

Adriatic Sea at depths in the range of 150

÷ 1000 m (Fig. 1). Eighteen of these

compounds pose major risks to the con-

cerned benthic ecosystem because their

physical-chemical properties make their

noxiousness persistent in sea wa 

t 

e 

r.

Hydrolysis products, such as 1,4-thiox-

ane (S-CH

2

CH

2

-O-CH

2

CH

2

) and bis(2-

hy 

d 

r 

o x 

y 

e 

t 

hy 

l 

) s 

u 

l 

fide (HO-CH

2

C 

H

2

- 

S 

-

C H

2

C 

H

2

-OH) from yperite and 2-

chlorovinylarsenious acid (Cl-CH=CH-

A 

s 

( O 

H 

)

2

) and 2-chlorov 

i 

ny 

l a 

r s 

e 

n 

i 

o 

u s

oxide (Cl-CH=CH-As=O) from lewisite,

have shown to be even more toxic than

their parent products (3).

Methods and Materials

In June 1999 a survey was carried out on a ten square nautical miles

rectangle of the sea-?oor.This site was chosen from one of the four differ-

ent dumping zones that the authors discovered in the southern Adriatic Sea

(Fig. 1). A digital DATASONIC CHIRP SIS 1000 side scan sonar and sub

bottom profiler coupled with a magnetometer (mod. G880 GEOMET-

RICS) were employed for the localisation of “targets” on the sea-bottom at

depths in the range of 200 - 300 m. The analysis of the recorded courses

allowed the ranking of 102 targets and the choice of the ones considered as

representative. Nine aerial and two artillery bombs were observed by

means of a remotely operated vehicle (mod. SEASURVEYOR SEA EYE

215) that was specially equipped to collect samples of sediment and water.

In three cases, the CWAs contained in the observed rusted shells were

clearly visible both from holes and fractures of the bomb body as well as

on the surrounding sea-?oor (hard substrata made by coarse sediments

enriched with fine particles). 

By means of the R.O.V, macrozoobenthos (Thenea muricata, Abra sp.,

Cidaris cidaris, Echinus acutus) and demersal fishes (Helicolenus dacty-

lopterusandConger conger) were observed to behave apparently normal-

ly while they were very close to what was considered as an yperite-based

partially hydrolised product.

Sampling surveys were carried out to collect demersal fishes both in the

area of risk and in two areas located in the southern Tyrrenian Sea sup-

posed to be unaffected by war material dumping.

A multidisciplinary approach was used to investigate the noxiousness of

the CWAs on the benthic environment. Sediments and fish tissues (muscle

and liver) were analysed by means of GC-MS full scanning in order to

detect yperite and lewisite products traces. Water and sediment samples

were tested by means of MICROTOX

®

and tissues (liver, brain, muscle

and gills) of Conger conger,Helicolenus dactylopterus, Raja asterias,

Raja clavata, Trigla lyraandTrigla lucernawere analysed to detect traces

of arsenic by means of AAS and to measure some “stress indices” (CYP-

450 1A, Ech). Furthermore, a health assessment index (HAI) was assigned

to each individual, according to the number of macroscopic alterations

observed. Histopatological analysis were performed on liver and spleen of

the same fishes.

Results and Discussion

Sediment samples revealed the presence of some decomposition prod-

ucts of yperite and of bis-(2-chloroethyl) disulpide (impurity product of

L 

ev 

i 

s 

t 

e 

i 

n 

’s process): 1,4-tioxane; 1,4-dithiane; 1-oxa-4,5-dithiapane;

1,2,5-Trithiapane. Sediment samples analysed with the MICROTOX‚ test

showed biotoxicity both in the solid phase and in the interstitial water.

Arsenic levels in Helicolenus dactylopterus(8 individuals) collected

from the area of study were significantly higher (Mann WithneyUtest,

p<0,05) compared to those found in the 6 individuals of the same species

collected from the control site (Fig. 2).

Moreover the enzyme activity of Helicolenus dactylopterusinvolved in

detoxifying processes in liver tissues (CYP-450 1A) and the physiological

activity of enzymes in brain and muscle tissues (AchE) showed significant

differences compared to the controls values.

The “Health Assessment Index (HAI)” (4), counted 15 out of 18 indi-

viduals of Helicolenus dactylopterusas damaged whilst in the control site

only 11 out of 21 specimen of H. dactylopterusshowed significant macro-

scopic alterations. Histological analysis revealed evident damages (steato-

sis, fibrosis, granuloma, and atrophy of linphatic centres) in liver and

spleen tissues of 16 individuals among the 18 H. dactylopterusanalyzed.

The analytical results indicate that the leakage of CWAs from the rust-

ed bomb shells is likely to produce negative effects on the concerned ben-

thic ecosystem. In order to assess the environmental risk, more data and a

wider biological sample size are needed. At the moment, the Italian

Ministry of the environment is taking into consideration this request.

References

1. Assennato G., Ambrosi F., Sivo D., 1996. Possibili effetti a lungo termine

sull’apparato respiratorio della esposizione ad iprite tra pescatori. La Medicina

del Lavoro, 88 n°2.

2. Mastrorilli A., 1958. Esiti a distanza di lesioni di vescicatori - revisione

clinico-statistica su 102 casi. Giornale di Medicina Militare, fasc.4: 352-361.

3. Goldman M., Dacre J.C. 1989. Lewisite: its chemistry, toxicology and

biological effects. Rev. Environ. Contam. Toxicol., 110: 75-115.

4. Adams S.M., Brown A.M., Goede R.W., 1993. A quantitative health

assessment index for rapid evaluation of fish condition in the field.

Transaction of the American Fish. Soc.122: 63-73.

FATE OF PERSISTENT CHEMICAL WARFAREAGENTS IN A BENTHIC ECOSYSTEM 

OF THE SOUTHERN ADRIATIC SEA

Amato E.

1

*, Alcaro L.

1

, Focardi S.

2

, Marino G.

1

,Tursi A.

3

, Farchi C.

1

, Corsi I.

2

, F. Borghini

2

1

ICRAM - Istituto Centrale per la Ricerca scientifica e tecnologica Applicata al Mare, Roma, Italy - *eziamato@tin.it 

2

Dipartimento di Scienze Ambientali, Università di Siena, Italy

3

Dipartimento di Zoologia, Università di Bari, Italy

Abstract

In this study we analyze the status of health of a benthic ecosystem affected by chemical warfare agents (CWAs), loaded in weapons that

were dumped in southern Adriatic Sea during and after WWII. Following a multidisciplinary approach, samples of sediment, water and

fish were collected both in the area of study and in a reference site. Analysis have been carried out to determine the contamination and

biotoxicity of water and sediments by CWAs. Stress index were developed in order to evaluate the toxicological effect of CWAs in fish

and macroscopic analysis of liver, spleen and skin were utilized to assess the health status of fish. The results provide a initial worrying

picture of the benthic ecosystem healthiness even though more work is needed.

Keywords: Adriatic Sea; bathyal, ecotoxicology, monitoring, pollution

Fig.1. CW Dumping areas

in southern Adriatic Sea

Fig. 2. As concentration (ppm d.w.) in specimens of H. dacty-

lopterusc 

o 

l 

l 

e 

c 

t 

e 

d