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La tesi si propone, con la produzione di nuovi dati analitici e l'uso di quanto disponibile in letteratura, di caratterizzare dal punto di vista idrogeochimico le acque di parte del corso del fiume Cecina e dei suoi principali affluenti con lo scopo finale di ottenere possibili indicazioni sulla qualità delle acque superficiali e sotterranee.
Lo studio è stato effettuato considerando l'asta di fiume che va da Radicondoli a Ponteginori. Tale limitazione è dovuta alla necessità di contenere i costi e alla impossibilità di gestire un'area più vasta nell'ambito di un unico lavoro di tesi.
Spunto per questo lavoro sono le notevoli problematiche ambientali che affliggono il fiume Cecina, infatti le acque del fiume hanno contenuti di Boro elevati sia per la presenza di manifestazioni naturali collegate al campo geotermico di Larderello, sia per il rilascio dei reflui delle centrali geotermiche e dell'industria chimica. Inoltre sono assenti impianti di depurazione per scarichi civili. Gli elevati emungimenti dell'acqua di falda, quantificabili in circa 8.500.000 mc/anno, con una restituzione di 820.000 circa mc/anno, aggravano i problemi ambientali del fiume, che spesso d'estate è privo di acqua per lunghi tratti.
Tutta l'asta del fiume considerata nel presente studio è comunque interessata a scarichi industriali rilasciati (anche tramite gli affluenti) dalle aziende chimiche presenti nella zona di Saline di Volterra e Pomarance (società chimica Larderello). L'impatto di attività produttive si evidenzia con il radicale cambiamento di composizione chimica del fiume dopo la confluenza del Botro Santa Marta, caratterizzato qualitativamente come "pessimo".
Durante i primi due campionamenti si è riscontrata presenza di acqua di scorrimento superficiale solo nel tratto tra Radicondoli (sezione 1) e Puretta (sezione 4) mentre nel terzo campionamento l'acqua era presente lungo tutto il tratto considerato.
Sulla base delle analisi chimiche effettuate si può concludere che:

* La composizione chimica del Cecina varia nello spazio e nel tempo. Nelle prime due campagne le acque tra la sezione 1 e la sezione 4 sono solfato-calciche e la composizione riflette l'interazione con le evaporiti presenti anche nell'alta valle del Cecina. Nella terza campagna le acque tra la sezione 1 e la sezione 4 sono di tipo SO4-HCO3-Ca-Na. Nel tratto successivo fino alla sezione 13 (a monte della confluenza del Botro Santa Marta) diminuisce gradualmente il contenuto percentuale di bicarbonato mentre aumenta il contenuto di solfato e cloruro. Le acque restano comunque miste del tipo SO4-HCO3-Na- Ca. Dopo la sezione 13 a seguito dell'immissione del Botro Santa Marta, l'acqua del Cecina si arricchisce in ioni Cl e diventa di tipo Cl-SO4-Na-Ca.
* Le acque del torrente Pavone sono acque bicarbonato-calciche e non cambiano nel tempo. Le acque del torrente Possera sono in prevalenza di tipo bicarbonato-calcico, mentre quelle del Botro Santa Marta sono di tipo clorurato-sodico.
* L'analisi dei fattori, condotta utilizzando il metodo delle componenti principali consente di distinguere tre fattori: uno che rappresenta le acque di tipo Na-K-Cl, l'altro le acque di tipo Ca-Mg-SO4 e l'ultimo, anche per importanza, quelle bicarbonatiche. Anche aumentando i fattori considerati, si ritrovano come componenti esclusive quelle già individuate con la classificazione chimica.
* Dai grafici di correlazione tra boro e fattori chimici classsificativi si riconoscono chiaramente due famiglie ben distinte per il comportamento del boro. Ad una appartengono i campioni del torrente Possera, escluso il punto a monte delle centrali di Larderello (FP1); all'altro le acque del fiume Cecina incluso il campione prelevato a monte delle centrali di Larderello (FP1). Da osservare che il contenuto di boro del campione FP1 è confrontabile con quello contenuto nel Cecina prima della confluenza con il Possera.
* Le variazioni di chimismo del fiume Cecina non sempre sono spiegabili con gli apporti di affluenti. Questo succede in particolare a) tra la sezione 2 e la sezione 4 (Puretta), dove occorre fare intervenire l'apporto di una terza acqua, forse di subalveo, che si differenzia anche per il suo contenuto isotopico; b) tra la sezione 4 e la sezione 7 dove l'immissione del torrente Possera non spiega la composizione chimica dell'acqua campionata nel punto 7, che risulta molto più arricchita in sodio rispetto al valore atteso considerando il mescolamento binario, calcolato con il boro, tra la sezione 4 e il Possera. L'assenza di misure di portata non consente di determinare la composizione chimica dell'eventuale terzo termine della miscela; c) tra le sezioni 7 e 9 il boro aumenta con il Cl ed il Na, successivamente, fino alla sezione 13, Na e Cl aumentano ancora, mentre il boro raggiunge un valore costante di circa 1.3 mg/l.. Apporti di acque freatiche e/o di subalveo implicherebbero importanti aumenti di portata tra la sezione 9 e la sezione 13. In alternativa si può pensare ad un apporto di fasi solide ricche in NaCl e pressoché privi di boro; d) La sezione 15 è il risultato del mescolamento binario tra il Botro di Santa Marta e il Cecina prima della confluenza; e) le variazioni di chimismo tra le sezioni 17 e 18 sono interpretabili solo ricorrendo ad apporti di acque con basso contenuto di Na e Cl, probabilmente di scorrimento superficiale.
* Le analisi isotopiche dD e d18O sono state effettuate solamente su campioni di fiume della zona di Puretta in diversi periodi di tempo. Sono stati determinati gli isotopi dell'acqua anche su tre pozzi del campo pozzi di Puretta. I dati isotopici, pur numericamente ridotti, confermano il modello di mescolamento ternario già ipotizzato sulla base dei dati chimici.

* Il boro all'inizio del tratto studiato, tra la sezione 1 e la sezione 4, presenta valori di concentrazioni tra 0,3 e 0,5 mg/l. Non si osservano importanti variazioni di contenuto di boro nel tempo. I dati chimici dopo la sezione 4 sono disponibili solamente nella terza campagna. In tal caso il boro aumenta notevolmente tra la sezione 4 e la 7. Ricordiamo che l'apporto del Possera spiega la variazione di boro, ma non quella di Cl ed altre specie chimiche. Tra la sezione 7 e la 9 il boro aumenta senza apparenti apporti concentrati, per poi rimanere di fatto costante fino alla sezione 17 per poi iniziare a scendere.
* La composizione isotopica del boro è molto variabile e consente di identificare l'origine di tale sostanza. In sintesi, si riconosce un gruppo di campioni caratterizzati da un basso contenuto di boro (=0,5 mg/l) e un valore di d11B di circa +11‰. A questo gruppo appartengono i campioni del torrente Possera a monte della centrale di Larderello (FP1) e quelli del Cecina a monte della confluenza con il torrente Possera (FC1). Questi dati isotopici possono indicare un boro di origine naturale derivante da scambi con le rocce. Il campione della discarica del Bulera ha un alto valore di boro (30 mg/l circa), ed un valore di d11B di -3,2‰. Questo valore potrebbe essere indicativo del boro proveniente dalla Colemanite. Esistono poi campioni che hanno valori di boro e di d11B intermedi. Questi indicano un possibile inquinamento non imputabile né a cause naturali, né a fanghi di lavorazione rilasciati lungo l'asta fluviale: una possibile ipotesi vede la presenza di reflui geotermici caratterizzati appunto da alti valori del boro, ma d11B positivi (3,1 ‰).
* Per ciò che riguarda il mercurio nelle acque, questo non è rilevabile, ad eccezione del campione del Botro Santa Marta. La concentrazione resta comunque inferiore al valore di legge di 1 ppb per le acque destinate alla potabilizzazione.
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I dati chimici sono stati utilizzati per lo studio della qualità, cercando di applicare, per quanto possibile, il decreto legislativo 152 del 1999 che riguarda appunto lo stato qualitativo delle acque. Le acque superficiali sono appartenenti alla classe 2 (Buono) ad eccezione del Botro Santa Marta, il quale si trova classificato in classe 5 (Pessimo). Si riscontrano inoltre valori elevati di cloruri e solfati, e nonostante che la legge non imponga limiti a queste sostanze, sarebbe consigliabile controllarne l'andamento spaziale e temporale.